Mulți oameni știu despre existența unui astfel de concept precum „viteza luminii” încă din copilărie. Dar nu toată lumea știe în detaliu despre fenomen.
Mulți au atras atenția asupra faptului că, în timpul furtunii, există o întârziere între fulgerul și sunetul tunetului. Focarul, de regulă, ajunge la noi mai repede. Aceasta înseamnă că are o viteză mai mare decât sunetul. Care este motivul pentru asta? Care este viteza luminii și cum se măsoară?
Care este viteza luminii?
Să înțelegem mai întâi care este viteza luminii. Științific, aceasta este o astfel de cantitate care arată cât de rapid se deplasează razele în vid sau în aer. De asemenea, trebuie să știți ce este lumina. Aceasta este radiația care este percepută de ochiul uman. Viteza depinde de condițiile de mediu, precum și de alte proprietăți, de exemplu, de refracție.
Fapt interesant: Durează 1,25 secunde ca lumina să călătorească de pe Pământ către un satelit, luna.
Care este viteza luminii din propriile tale cuvinte?
Cu alte cuvinte, viteza luminii este intervalul de timp în care un fascicul de lumină parcurge orice distanță. Timpul este de obicei măsurat în secunde. Cu toate acestea, unii oameni de știință folosesc diferite unități. Distanța este, de asemenea, măsurată în diferite moduri. Practic - acesta este un metru. Adică această valoare este considerată în m / s. Fizica explică acest lucru astfel: un fenomen care se mișcă cu o anumită viteză (constantă).
Pentru a înțelege mai ușor, să ne uităm la următorul exemplu. Ciclistul se deplasează cu o viteză de 20 km / h. Vrea să se prindă cu șoferul mașinii, a cărei viteză este de 25 km / h. Dacă numeri, atunci mașina merge cu 5 km / h mai repede decât un biciclist. Cu razele de lumină, lucrurile stau altfel. Oricât de repede se mișcă prima și a doua persoană, lumina, în raport cu ele, se mișcă cu viteză constantă.
Care este viteza luminii?
Atunci când nu este în vid, diferite condiții afectează lumina. Substanța prin care trec razele, inclusiv. Dacă numărul de metri pe secundă nu se schimbă fără acces la oxigen, atunci într-un mediu cu acces la aer, valoarea se modifică.
Lumina călătorește mai lent prin diferite materiale, cum ar fi sticla, apa și aerul. Acest fenomen este dat de un indice de refracție pentru a descrie cât de mult încetinesc mișcarea luminii. Sticla are un indice de refracție de 1,5, ceea ce înseamnă că lumina trece prin ea cu o viteză de aproximativ 200 de mii de kilometri pe secundă. Indicele de refracție al apei este de 1,3, iar indicele de refracție al aerului este puțin mai mare de 1, ceea ce înseamnă că aerul încetinește doar lumina.
Prin urmare, după trecerea prin aer sau lichid, viteza încetinește, devenind mai mică decât în vid. De exemplu, în diferite rezervoare, viteza de mișcare a razelor este de 0,75 din viteza în spațiu. De asemenea, cu o presiune standard de 1,01 bar, rata scade cu 1,5-2%. Adică, în condiții terestre, viteza luminii variază în funcție de condițiile de mediu.
Pentru un astfel de fenomen, au venit cu un concept special - refracția. Adică refracția luminii. Este utilizat pe scară largă în diferite invenții. De exemplu, un refractor este un telescop cu un sistem optic. De asemenea, cu ajutorul acestui lucru, sunt create de asemenea binoclul și alte echipamente, a căror esență este utilizarea opticii.
În general, cea mai mică rază poate fi refractată trecând prin aerul obișnuit. Când treceți printr-un geam optic special creat, viteza este de aproximativ 195 de mii de kilometri pe secundă. Aceasta este cu aproape 105 mii km / s mai mică decât constanta.
Cea mai exactă valoare a vitezei luminii
Fizicienii de-a lungul anilor au acumulat experiență în cercetarea vitezei razelor de lumină. În momentul de față, cea mai exactă valoare a vitezei luminii este 299.792 de kilometri pe secundă. Constanta a fost stabilită în 1933. Numărul este încă relevant.
Cu toate acestea, au apărut dificultăți suplimentare cu determinarea indicatorului.Acest lucru s-a datorat erorii contorului. Acum, contorul în sine depinde direct de viteza luminii. Este egală cu distanța pe care o parcurg razele într-un anumit număr de secunde - 1 / viteza luminii.
Care este viteza luminii în vid?
Deoarece lumina nu este afectată de diverse condiții într-un vid, viteza sa nu se schimbă așa cum se întâmplă pe Pământ. Viteza luminii într-un vid este de 299.792 de kilometri pe secundă. Acest indicator este limita. Se crede că nimic din lume nu se poate mișca mai repede, chiar și corpuri cosmice care se mișcă destul de repede.
De exemplu, un luptător, un Boeing X-43, care depășește viteza sunetului de aproape 10 ori (mai mult de 11 mii de km / h), zboară mai lent decât un fascicul. Acesta din urmă se deplasează cu mai mult de 96 de mii de kilometri pe oră mai repede.
Cum a fost măsurată viteza luminii?
Primii oameni de știință au încercat să măsoare această valoare. Au fost utilizate diferite metode. În perioada antichității, oamenii de știință au crezut că este infinit, de aceea este imposibil să o măsurați. Această părere a rămas mult timp, până în secolul 16-17. În acele zile, au apărut alți oameni de știință care au sugerat că fasciculul are un capăt și că viteza poate fi măsurată.
Celebrul astronom din Danemarca Olaf Roemer a adus cunoașterea vitezei luminii la un nou nivel. El a observat că eclipsa lunii lui Jupiter întârzie. Anterior, nimeni nu a acordat atenție acestui lucru. În consecință, a decis să calculeze viteza.
El a prezentat o viteză aproximativă, care era egală cu aproximativ 220 de mii de kilometri pe secundă. Mai târziu, un om de știință din Anglia James Bradley a preluat studiul. Deși nu avea complet dreptate, el a abordat ușor rezultatele cercetărilor actuale.
După ceva timp, majoritatea oamenilor de știință au devenit interesați de această cantitate. Cercetarea a implicat oameni din diferite țări. Cu toate acestea, până în anii 70 ai secolului XX nu au existat descoperiri grandioase. Începând cu anii 70, când au venit cu lasere și masere (generatoare cuantice), oamenii de știință au efectuat cercetări și au obținut viteza exactă. Valoarea actuală este relevantă din 1983. S-au corectat doar mici erori.
Experiența lui Galileo
Un om de știință din Italia a surprins pe toți cercetătorii acelor ani cu simplitatea și genialitatea experienței sale. A reușit să măsoare viteza luminii folosind instrumente obișnuite care erau la îndemâna lui.
El și asistentul său au urcat dealurile vecine, calculând anterior distanța dintre ele. Au luat felinarele aprinse, i-au echipat cu amortizoare care deschid și închid luminile. La rândul lor, deschizând și închizând lumina, au încercat să calculeze viteza luminii. Galileo și asistentul știau în prealabil cu ce întârziere aveau să deschidă și să închidă lumina. Când unul s-a deschis, celălalt face același lucru.
Cu toate acestea, experimentul a fost un eșec. Pentru a face să funcționeze, oamenii de știință ar trebui să stea la o distanță de milioane de kilometri unul de celălalt.
Experiența lui Römer și Bradley
Acest studiu a fost deja pe scurt scris mai sus. Aceasta este una dintre cele mai progresive experiențe ale vremii. Römer a folosit cunoștințele în astronomie pentru a măsura viteza razelor. S-a întâmplat în anul 76 al secolului al XVII-lea.
Cercetătorul l-a observat pe Io (satelitul lui Jupiter) printr-un telescop. El a descoperit următorul model: cu cât planeta noastră se îndepărtează de Jupiter, cu atât mai mare întârzierea în eclipsa lui Io. Cea mai mare întârziere a fost de 21-22 minute.
Presupunând că satelitul se îndepărtează la o distanță egală cu lungimea diametrului orbitei, savantul a împărțit distanța în timp. Drept urmare, a primit 214 mii de kilometri pe secundă. Deși acest studiu este considerat foarte aproximativ, deoarece distanța a fost aproximativă, a abordat indicatorul curent.
În secolul 18, James Bradley a completat studiul. Pentru a face acest lucru, el a folosit aberația - o schimbare în poziția corpului cosmic datorită mișcării Pământului în jurul soarelui. James a măsurat unghiul de aberație și, cunoscând viteza planetei noastre, a obținut o valoare de 301 mii de kilometri pe secundă.
Fizeau Experience
Cercetătorii și oamenii obișnuiți au fost sceptici față de experiențele lui Römer și James Bradley. În ciuda acestui fapt, rezultatele au fost cele mai apropiate de adevăr și relevante pentru mai bine de un secol. În secolul al XIX-lea, Arman Fizeau, un om de știință din capitala Franței, Paris, a contribuit la măsurarea acestei cantități. A folosit metoda obturatorului rotativ. De asemenea, la fel ca Galileo Galilei cu asistentul său, Fizeau nu a observat corpurile cerești, ci a investigat în condiții de laborator.
Principiul experienței este simplu. O rază de lumină era îndreptată spre oglindă. Reflectând din ea, lumina trecea prin dinții roții. Apoi a lovit o altă suprafață reflectorizantă, care a fost localizată la o distanță de 8,6 km. Roata a fost rotită, crescând viteza, până când fasciculul a fost vizibil în următorul interval. După calcule, savantul a primit un rezultat de 313 mii km / s.
Ulterior, studiul a fost repetat de fizicianul și astronomul francez Leon Foucault, primind un rezultat de 298 mii km / s. Rezultatul cel mai precis din acel moment. Ulterior, s-au efectuat măsurători cu lasere și masere.
Este posibilă viteza superluminală?
Există obiecte mai rapide decât viteza luminii. De exemplu, raze de soare, umbră, vibrații ale undelor. Deși teoretic pot dezvolta viteza superluminală, energia pe care o emit nu va coincide cu vectorul mișcării lor.
Dacă un fascicul de lumină trece, de exemplu, prin sticlă sau apă, atunci electronii îl pot depăși. Nu sunt limitate în ceea ce privește viteza de mișcare. Prin urmare, în astfel de condiții, lumina nu se mișcă mai repede decât oricine.
Acest fenomen se numește Efectul Vavilov-Cherenkov. Cel mai adesea se găsește în rezervoarele adânci și în reactoare.
