Как е измерена скоростта на светлината и каква е реалната й стойност? Кога за първи път е измерена скоростта на светлината? Кой учен успя да измери скоростта на светлината?
Въпреки факта, че в обикновения живот не трябва да изчисляваме скоростта на светлината, мнозина се интересуват от това количество от детството.
Гледайки светкавица по време на гръмотевична буря, всяко дете вероятно се е опитало да разбере какво е причинило забавянето между светкавицата и гръмотевиците. Очевидно светлината и звукът имат различни скорости. Защо се случва това? Каква е скоростта на светлината и как може да се измери?
В науката скоростта на светлината е скоростта, с която лъчите се движат във въздуха или вакуума. Светлината е електромагнитно излъчване, което се възприема от човешкото око. Той може да се движи във всякаква среда, което оказва пряко влияние върху скоростта му.
Опити за измерване на това количество са правени от древни времена. Учените от древни времена са вярвали, че скоростта на светлината е безкрайна. Същото мнение е изразено от физиците от 16-17 век, въпреки че дори тогава някои изследователи, като Робърт Хук и Галилео Галилей, приемат крайността.
Голям пробив в изследването на скоростта на светлината се случи благодарение на датския астроном Олаф Рьомер, който пръв обърна внимание на забавянето на затъмнението на луната на Юпитер Йо в сравнение с първоначалните изчисления.
Тогава ученият определи приблизителната стойност на скоростта на 220 хиляди метра в секунда. Британският астроном Джеймс Брадли успя да изчисли тази стойност по-точно, въпреки че леко сгреши в изчисленията си. 
Впоследствие опити за изчисляване на реалната скорост на светлината бяха направени от учени от различни страни. Въпреки това, едва в началото на 70-те години на миналия век, с появата на лазери и мазери, които имаха стабилна честота на излъчване, изследователите успяха да направят точно изчисление, а през 1983 г. беше взета съвременната стойност с корелация за относителната грешка като основа.
Каква е скоростта на светлината според вашите собствени думи?
С прости думи, скоростта на светлината е времето, необходимо на слънчевия лъч да измине определено разстояние. Прието е секундата да се използва като единица за време, а метърът като единица за разстояние. От гледна точка на физиката, светлината е уникално явление, което има постоянна скорост в определена среда.
Да предположим, че човек тича със скорост 25 км/ч и се опитва да настигне кола, която се движи със скорост 26 км/ч. Оказва се, че колата се движи с 1 км/ч по-бързо от бегача. Със светлината всичко е различно. Независимо от скоростта на движение на автомобила и човека, лъчът винаги ще се движи спрямо тях с постоянна скорост.
Скоростта на светлината до голяма степен зависи от веществото, в което се разпространяват лъчите. Във вакуум той има постоянна стойност, но в прозрачна среда може да има различни показатели.
Във въздух или вода стойността му винаги е по-малка, отколкото във вакуум. Например в реките и океаните скоростта на светлината е около ¾ от скоростта в космоса, а във въздуха при налягане от 1 атмосфера е с 2% по-малка от тази във вакуум. 
Това явление се обяснява с поглъщането на лъчи в прозрачно пространство и повторното им излъчване от заредени частици. Ефектът се нарича пречупване и се използва активно в производството на телескопи, бинокли и друго оптично оборудване.
Ако разгледаме конкретни вещества, тогава в дестилирана вода скоростта на светлината е 226 хиляди километра в секунда, в оптично стъкло - около 196 хиляди километра в секунда.
Каква е скоростта на светлината във вакуум?
Във вакуум скоростта на светлината в секунда има постоянна стойност от 299 792 458 метра, т.е. малко повече от 299 хиляди километра. В съвременния възглед това е най-доброто. С други думи, никоя частица, нито едно небесно тяло не е в състояние да достигне скоростта, която се развива светлината в космическото пространство.
Дори да приемем, че Супермен ще се появи и ще лети с голяма скорост, лъчът пак ще бяга от него с по-голяма скорост.
Въпреки че скоростта на светлината е максимално постижимата във вакуумното пространство, се смята, че има обекти, които се движат по-бързо.
Например слънчевите лъчи, сенките или фазите на трептене във вълните са способни на това, но с една уговорка - дори и да развият свръхскорост, енергията и информацията ще се предават в посока, която не съвпада с посоката на тяхното движение. 
Що се отнася до прозрачната среда, на Земята има обекти, които са доста способни да се движат по-бързо от светлината. Например, ако лъч, преминаващ през стъкло, забавя скоростта си, тогава електроните не са ограничени в скоростта на движение, така че когато преминават през стъклени повърхности, те могат да се движат по-бързо от светлината.
Това явление се нарича ефект на Вавилов-Черенков и най-често се наблюдава в ядрени реактори или в дълбините на океаните.
Скоростта на светлината във вакуум е „точно 299 792 458 метра в секунда“. Днес можем точно да назовем тази цифра, защото скоростта на светлината във вакуум е универсална константа, която е измерена с помощта на лазер.
Когато става въпрос за използване на този инструмент в експеримент, е трудно да се спори с резултатите. Що се отнася до това защо скоростта на светлината се измерва в такова цяло число, не е изненадващо: дължината на един метър се определя с помощта на следната константа: „Дължината на пътя, изминат от светлината във вакуум за интервал от време от 1 /299 792 458 от секундата.“
Преди няколкостотин години беше решено или поне се предполагаше, че скоростта на светлината няма ограничение, когато всъщност тя е просто много висока. Ако отговорът определяше дали тя ще стане приятелка на Джъстин Бийбър, съвременната тийнейджърка би отговорила на този въпрос със: „Скоростта на светлината е малко по-бавна от най-бързото нещо във Вселената“.
Първият, който се занимава с въпроса за безкрайността на скоростта на светлината, е философът Емпедокъл през пети век пр.н.е. Още един век по-късно Аристотел няма да се съгласи с твърдението на Емпедокъл и спорът ще продължи повече от 2000 години.
Холандският учен Исак Бакман беше първият известен учен, който направи истински експеримент, за да провери дали светлината има скорост през 1629 г. Живеейки във век, далеч от изобретяването на лазера, Бакман осъзнава, че основата на експеримента трябва да бъде експлозия от всякакъв произход, така че в експериментите си той използва детониращ барут.
Бакман постави огледала на различни разстояния от експлозията и по-късно попита хората, които наблюдаваха, дали виждат разлика във възприятието на светкавицата, отразена във всяко от огледалата. Както можете да предположите, експериментът беше „неубедителен“. Подобен, по-известен експеримент, но без използването на експлозия, може да е бил извършен или поне изобретен от Галилео Галилей само десетилетие по-късно, през 1638 г. Галилео, подобно на Бакман, подозира, че скоростта на светлината не е безкрайна и в някои от своите произведения се позовава на продължаването на експеримента, но с участието на фенерчета. В своя експеримент (ако някога е направил такъв!) той постави две светлини на една миля една от друга и се опита да види дали има забавяне. Резултатът от експеримента също беше неубедителен. Единственото нещо, което Галилей можеше да предположи, беше, че ако светлината не е безкрайна, тя е твърде бърза и експериментите, проведени в такъв малък мащаб, са обречени на провал.
Това продължи, докато датският астроном Олаф Рьомер не започна сериозни експерименти със скоростта на светлината. Експериментите на хълма с фенери на Галилео изглеждаха като научен проект в гимназията в сравнение с експериментите на Ромер. Той реши, че експериментът трябва да се проведе в открития космос. Така той фокусира вниманието си върху наблюдението на планетите и представя своите новаторски възгледи на 22 август 1676 г.
По-специално, докато изучавал една от луните на Юпитер, Ромер забелязал, че времето между затъмненията варира през цялата година (в зависимост от това дали Юпитер се движи към или далеч от Земята). Заинтересуван от това, Рьомър внимателно записа часовете, в които луната, която наблюдаваше, Йо, се появи в полезрението му и сравни как тези времена се сравняват с моментите, когато това обикновено се очаква. След известно време Рьомър забеляза, че точно когато Земята се отдалечава от Юпитер, докато обикаля около Слънцето, времето, когато Йо влезе в полезрението, ще изостане още повече от времето, отбелязано преди това в записите. Ремер (правилно) теоретизира, че това е така, защото светлината отнема повече време, за да измине разстоянието от Земята до Юпитер, докато самото разстояние се увеличава.
За съжаление неговите изчисления са изгубени при пожара в Копенхаген през 1728 г., но имаме голямо количество информация за откритието му от разказите на неговите съвременници, както и от докладите на други учени, които са използвали изчисленията на Рьомер в своите трудове. Същността им е, че чрез много изчисления, свързани с диаметъра на Земята и орбитата на Юпитер, Рьомер успя да заключи, че светлината ще отнеме около 22 минути, за да измине разстояние, равно на диаметъра на орбитата на Земята около Слънцето. Кристиан Хюйгенс по-късно превръща тези изчисления в по-разбираеми цифри, показвайки, че Рьомер изчислява, че светлината пътува с около 220 000 километра в секунда. Тази цифра все още е много по-различна от съвременните данни, но ние ще се върнем към тях скоро.
Когато колегите на Рьомер от университета изразиха загриженост относно неговата теория, той спокойно им каза, че затъмнението на 9 ноември 1676 г. ще настъпи 10 минути по-късно. Когато това се случило, съмняващите се били изумени, защото небесното тяло потвърдило теорията му.
Колегите на Рьомер бяха изключително изумени от неговите изчисления, тъй като дори и днес неговата оценка за скоростта на светлината се смята за учудващо точна, като се има предвид, че е направена 300 години преди изобретяването на лазерите и интернет. Въпреки че 80 000 километра е твърде бавно, като се вземе предвид състоянието на науката и технологиите по това време, резултатът е наистина впечатляващ. Освен това Рьомер разчиташе само на собствените си предположения.
Още по-учудващо е, че причината за твърде ниската скорост не е в изчисленията на Рьомер, а във факта, че не е имало точни данни за орбитите на Земята и Юпитер по времето, когато той е правил своите изчисления. Това означава, че ученият е направил грешка само защото други учени не са толкова умни като него. Така че, ако поставите съществуващи съвременни данни в първоначалните изчисления, които е направил, изчисленията на скоростта на светлината са правилни.
Въпреки че изчисленията са технически неправилни и Джеймс Брадли намира по-точна дефиниция на скоростта на светлината през 1729 г., Рьомър влиза в историята като първия човек, който доказва, че скоростта на светлината може да бъде определена. Той направи това, като наблюдаваше движението на гигантска газова топка, разположена на разстояние около 780 милиона километра от Земята.
Изпратете добрата си работа в базата знания е лесно. Използвайте формата по-долу
Студенти, докторанти, млади учени, които използват базата от знания в обучението и работата си, ще ви бъдат много благодарни.
Публикувано на http://www.allbest.ru/
Скорост на светлината и методи за нейното определяне
Планирайте
Въведение
1. Астрономически методи за измерване на скоростта на светлината
1.1 Метод на Roemer
1.2 Метод на светлинна аберация
1.3 Метод на прекъсване (метод на Физо)
1.4 Метод на въртящото се огледало (метод на Фуко)
1.5 Метод на Майкелсън
Въведение
Скоростта на светлината е една от най-важните физически константи, които се наричат фундаментални. Тази константа е от особено значение както в теоретичната, така и в експерименталната физика и свързаните с нея науки. Изисква се да се знае точната стойност на скоростта на светлината при радио и светлинно местоположение, при измерване на разстояния от Земята до други планети и при управление на сателити и космически кораби. Определянето на скоростта на светлината е най-важно за оптиката, по-специално за оптиката на движещите се среди, и за физиката като цяло. Нека се запознаем с методите за определяне на скоростта на светлината.
1. Астрономически методи за измерване на скоростта на светлината
1.1 Метод на Roemer
Първите измервания на скоростта на светлината се основават на астрономически наблюдения. Надеждна стойност за скоростта на светлината, близка до съвременната й стойност, е получена за първи път от Ремер през 1676 г., докато наблюдава затъмненията на спътниците на планетата Юпитер.
Времето, за което светлинният сигнал пътува от небесното тяло до Земята, зависи от разстоянието Лместоположението на осветителното тяло. Явление, което се случва на някое небесно тяло, се наблюдава със закъснение, равно на времето на преминаване на светлината от светилото към Земята:
Където с- скоростта на светлината.
Ако наблюдаваме някакъв периодичен процес, протичащ в система, отдалечена от Земята, тогава при постоянно разстояние между Земята и системата наличието на това забавяне няма да повлияе на периода на наблюдавания процес. Ако през периода Земята се отдалечи от системата или се приближи до нея, то в първия случай краят на периода ще бъде записан с по-голямо закъснение от началото му, което ще доведе до видимо увеличение на периода. Във втория случай, напротив, краят на периода ще бъде записан с по-малко закъснение от началото му, което ще доведе до видимо намаляване на периода. И в двата случая видимата промяна в периода е равна на отношението на разликата в разстоянията между земята и системата в началото и края на периода към скоростта на светлината.
Горните съображения формират основата на метода на Römer.
Roemer проведе наблюдения на спътника Io, чийто орбитален период е 42 часа 27 минути 33 секунди.
Когато Земята се движи по част от своята орбита д 1 д 2 д 3 той се отдалечава от Юпитер и трябва да се наблюдава увеличение на периода. При движение в района д 3 д 4 д 1 наблюдаваният период ще бъде по-малък от истинския. Тъй като промяната в един период е малка (около 15 s), ефектът се открива само при голям брой наблюдения, извършени за дълъг период от време. Ако, например, наблюдавате затъмнения в продължение на шест месеца, започвайки от момента на противопоставяне на Земята (точка д 1 ) до момента на „връзка“ (точка д 3 ), тогава интервалът от време между първото и последното затъмнение ще бъде с 1320 s по-дълъг от теоретично изчисления. Теоретичното изчисление на периода на затъмнение е извършено в орбитални точки, близки до опозицията. Където разстоянието между Земята и Юпитер практически не се променя с времето.
Полученото несъответствие може да се обясни само с факта, че в рамките на шест месеца Земята се е преместила от точката д 1 точно д 3 и светлината в края на полугодието трябва да измине път, по-голям от този в началото, с размера на сегмента д 1 д 3 , равен на диаметъра на земната орбита. Така незабележимите за определен период закъснения се натрупват и формират полученото закъснение. Стойността на забавяне, определена от Roemer, е 22 минути. Приемайки диаметъра на орбитата на Земята, равен на km, можем да получим стойност за скоростта на светлината от 226 000 km/s.
Скоростта на светлината, определена въз основа на измерванията на Рьомер, се оказа по-малка от съвременната стойност. По-късно бяха направени по-точни наблюдения на затъмнения, при които времето на забавяне се оказа 16,5 минути, което съответства на скоростта на светлината 301 000 km/s.
1.2 Метод на светлинна аберация
астрономическо измерване на скоростта на светлината
За наблюдател на земята посоката на зрителната линия към звездата ще бъде различна, ако тази посока се определя в различни периоди от годината, тоест в зависимост от положението на Земята в нейната орбита. Ако посоката към която и да е звезда се определя на интервали от шест месеца, т.е. когато Земята е в противоположните краища на диаметъра на земната орбита, тогава ъгълът между получените две посоки се нарича годишен паралакс (фиг. 2). Колкото по-далеч е една звезда, толкова по-малък е нейният ъгъл на паралакс. Чрез измерване на ъглите на паралакс на различни звезди е възможно да се определи разстоянието на тези звезди от нашата планета.
През 1725-1728г Брадли Джеймс, английски астроном, измерва годишния паралакс на неподвижните звезди. Докато наблюдава една от звездите в съзвездието Дракон, той открива, че нейното положение се променя през годината. През това време тя описва малък кръг, чиито ъглови размери са равни на 40,9”. В общия случай в резултат на орбиталното движение на Земята звездата описва елипса, чиято голяма ос има еднакви ъглови размери. За звезди, разположени в равнината на еклиптиката, елипсата се изражда в права линия, а за звезди, разположени близо до полюса - в кръг. (Еклиптиката е големият кръг на небесната сфера, по който се извършва видимото годишно движение на Слънцето.)
Количеството изместване, измерено от Брадли, беше значително по-голямо от очакваното паралактично изместване. Брадли нарече това явление аберация на светлината и го обясни с крайната скорост на светлината. За краткото време, през което светлината, попадаща върху лещата на телескопа, се разпространява от лещата към окуляра, окулярът се измества с много малък сегмент в резултат на орбиталното движение на Земята (фиг. 3). В резултат на това изображението на звездата ще се измести с сегмент А. При повторно насочване на телескопа към звездата, той ще трябва леко да се наклони по посока на движението на Земята, така че изображението на звездата отново да съвпадне с центъра на мерника в окуляра.
Нека ъгълът на наклона на телескопа е равен на b. Нека обозначим времето, необходимо на светлината да измине сегмент V, равно на разстоянието от лещата на телескопа до неговия окуляр, е равно на f. След това сегментът и
От измерванията на Брадли беше известно, че при две позиции на Земята, разположени на един и същ орбитален диаметър, звездата изглежда изместена от истинската си позиция под същия ъгъл. Ъгълът между тези посоки на наблюдение, откъдето, знаейки скоростта на Земята в орбита, може да се намери скоростта на светлината. Брадли получи с= 306000 км/с.
Трябва да се отбележи, че явлението светлинна аберация е свързано с промяна в посоката на скоростта на Земята през годината. Обяснението на това явление се основава на корпускулярни концепции за светлината. Разглеждането на светлинната аберация от гледна точка на вълновата теория е по-сложно и е свързано с въпроса за влиянието на движението на Земята върху разпространението на светлината.
Рьомър и Брадли показаха, че скоростта на светлината е крайна, въпреки че е от голямо значение. За по-нататъшното развитие на теорията за светлината беше важно да се установи от какви параметри зависи скоростта на светлината и как се променя, когато светлината преминава от една среда в друга. За целта беше необходимо да се разработят методи за измерване на скоростта на светлината от земни източници. Първите опити за подобни експерименти са направени в началото на 19 век.
1.3 Метод на прекъсване (метод на Физо)
Първият експериментален метод за определяне на скоростта на светлината от земни източници е разработен през 1449 г. от френския физик Арман Иполит Луи Физо. Експерименталната схема е показана на фиг. .4.
Светлината се разпространява от източник с, частично отразена от полупрозрачна плоча Ри отива до огледалото М. По пътя на лъча има лек прекъсвач - зъбно колело ДА СЕ, чиято ос ОО"успоредно на гредата. Светлинните лъчи преминават през пролуките между зъбите и се отразяват от огледалото Ми се изпращат обратно през зъбното колело и плочата Ркъм наблюдателя.
Когато колелото се върти бавно ДА СЕсветлината, преминала през пролуката между зъбите, успява да се върне през същата пролука и навлиза в окото на наблюдателя. В онези моменти, когато пътят на лъчите се пресича от зъб, светлината не достига до наблюдателя. Така при ниска ъглова скорост наблюдателят възприема трептяща светлина. Ако увеличите скоростта на въртене на колелото, тогава при определена стойност светлината, преминаваща през една празнина между зъбите, достигайки огледалото и връщайки се обратно, няма да попадне в същата празнина д, но ще бъде блокиран от зъб, който е заел позицията на празнината в този момент д. Следователно, при ъглова скорост никаква светлина няма да навлезе в окото на наблюдателя от пролуката д, нито от всички следващи (първо затъмняване). Ако вземем броя на зъбите П, тогава времето за завъртане на колелото на плъзгача е равно на
Време, необходимо на светлината да измине разстоянието от колелото до огледалото Ми обратното е равно
Където л- разстояние до колелото от огледалото (основата). Приравнявайки тези два интервала от време, получаваме условието, при което настъпва първото потъмняване:
къде можете да определите скоростта на светлината:
където е броят на оборотите в секунда.
В инсталацията Fizeau базата беше 8,63 km, броят на зъбите в колелото беше 720, а първото потъмняване настъпи при честота 12,6 rps. Ако удвоите скоростта на колелото, ще се наблюдава осветено зрително поле; при утроена скорост на въртене отново ще настъпи тъмнина и т.н. Скоростта на светлината, изчислена от Физо, е 313300 km/s.
Основната трудност на такива измервания е точното определяне на момента на потъмняване. Точността се увеличава както с по-големи бази, така и със скорости на прекъсване, които позволяват да се наблюдават затъмнения от по-висок порядък. Така Перотин през 1902 г. извършва измервания с базова дължина 46 km и получава стойност за скоростта на светлината от 29987050 km/s. Работата е извършена в изключително чист морски въздух с помощта на висококачествена оптика.
Вместо въртящо се колело могат да се използват други, по-усъвършенствани методи за прекъсване на светлината, например клетка на Кер, която може да се използва за прекъсване на светлинен лъч 107 пъти в секунда. В този случай можете значително да намалите основата. По този начин, в настройката на Андерсън (1941) с клетка на Кер и фотоелектричен запис, основата е само 3 м. Той получава стойността с= 29977614 km/s.
1.4 Метод на въртящото се огледало (метод на Фуко)
Методът за определяне на скоростта на светлината, разработен през 1862 г. от Фуко, може да се припише на първите лабораторни методи. Използвайки този метод, Фуко измерва скоростта на светлината в среди, за които индексът на пречупване н>1 .
Диаграмата на инсталацията на Фуко е показана на фиг. 5.
Светлина от източник Спреминава през полупрозрачна плоча Р, лещи Ли пада върху плоско огледало М1, който може да се върти около оста си ОТНОСНО, перпендикулярна на чертожната равнина. След отражение от огледалото М1 лъч светлина се насочва към фиксирано вдлъбнато огледало М 2, разположен така, че този лъч винаги пада перпендикулярно на повърхността му и се отразява по същия път върху огледалото М1 . Ако огледалото М1 неподвижен, тогава отразеният от него лъч ще се върне по първоначалния си път към плочата Р, частично отразено от което ще даде образ на източника С в точката С1 .
Когато огледалото се върти М1 през времето, необходимо на светлината за пътуване 2 лмежду двете огледала и се връща обратно (), огледало, въртящо се с ъглова скорост М1 ще се обърне на ъгъл
и ще заеме позицията, показана на фиг. .5 пунктирана линия. Отразеният от огледалото лъч ще бъде завъртян под ъгъл спрямо първоначалния и ще даде изображение на източника в точката С2 . Измерване на разстоянието С1 С2 и знаейки геометрията на инсталацията, можете да определите ъгъла и да изчислите скоростта на светлината:
По този начин същността на метода на Фуко е да се измери точно времето, необходимо на светлината да измине разстояние 2 л. Това време се изчислява от ъгъла на завъртане на огледалото М1 , чиято скорост на въртене е известна. Ъгълът на въртене се определя въз основа на измерванията на изместването С1 С2 . В експериментите на Фуко скоростта на въртене е 800 rps, базовата лварира от 4 до 20 км. Стойността беше намерена с= 298000500 км/с.
Фуко е първият, който измерва скоростта на светлината във вода, използвайки своята инсталация. След като постави тръба, пълна с вода между огледалата, Фуко откри, че ъгълът на изместване се увеличава * пъти и следователно скоростта на разпространение на светлината във вода, изчислена по формулата, написана по-горе, се оказа равна на (3/4) с. Коефициентът на пречупване на светлината във водата, изчислен по формулите на вълновата теория, се оказа равен, което напълно съответства на закона на Снел. По този начин, въз основа на резултатите от този експеримент, валидността на вълновата теория на светлината беше потвърдена и век и половина спорове в нейна полза бяха прекратени.
1.5 Метод на Майкелсън
През 1926 г. е направена инсталация на Майкелсън между два планински върха, така че разстоянието, изминато от лъч от източника до неговото изображение след отражения от първата страна на осмоъгълна огледална призма, огледала М 2 - М 7а петата стена беше около 35,4 км. Скоростта на въртене на призмата (приблизително 528 rps) е избрана така, че по време на разпространение на светлината от първия фасет до петия, призмата има време да се завърти на 1/8 от оборота. Евентуалното изместване на зайчето при неточно избрана скорост изигра ролята на корекция. Скоростта на светлината, определена в този експеримент, се оказа равна на 2997964 km/s.
Сред другите методи отбелязваме измерването на скоростта на светлината, извършено през 1972 г. чрез независимо определяне на дължината на вълната и честотата на светлината. Източникът на светлина беше хелиево-неонов лазер, генериращ радиация при 3,39 μm. В този случай дължината на вълната е измерена с помощта на интерферометрично сравнение със стандартната дължина на оранжевото излъчване на криптон, а честотата е измерена с помощта на радиотехнически методи. Скоростта на светлината
определена по този метод е 299792.45620.001 km/s. Авторите на метода смятат, че постигнатата точност може да се повиши чрез подобряване на възпроизводимостта на измерванията на стандартите за дължина и време.
В заключение отбелязваме, че при определяне на скоростта на светлината се измерва груповата скорост И, която съвпада с фаза едно само за вакуум.
Публикувано на Allbest.ru
Подобни документи
Разделяне на четириизмерното пространство на физическо време и триизмерно пространство. Постоянство и изотропия на скоростта на светлината, определение за едновременност. Изчисляване на ефекта на Саняк при предположение за анизотропия на скоростта на светлината. Изучаване на свойствата на параметъра NUT.
статия, добавена на 22.06.2015 г
Видима радиация и пренос на топлина. Естествени, изкуствени луминесцентни и термични източници на светлина. Отражение и пречупване на светлината. Сянка, полусянка и светлинен лъч. Лунни и слънчеви затъмнения. Усвояване на енергия от телата. Промяна на скоростта на светлината.
презентация, добавена на 27.12.2011 г
Трансформация на светлината, когато тя пада на границата на две среди: отражение (разсейване), предаване (пречупване), поглъщане. Фактори за промяна на скоростта на светлината във веществата. Прояви на поляризация и интерференция на светлината. Интензивност на отразената светлина.
презентация, добавена на 26.10.2013 г
Развитие на понятието пространство и време. Научнофантастична парадигма. Принципът на относителността и законите за запазване. Абсолютната скорост на светлината. Парадоксът на затворените световни линии. Забавяне на времето в зависимост от скоростта на движение.
резюме, добавено на 05/10/2009
Концепцията за дисперсия на светлината. Нормална и аномална дисперсия. Класическа теория на дисперсията. Зависимост на фазовата скорост на светлинните вълни от тяхната честота. Разлагане на бяла светлина чрез дифракционна решетка. Разлики в дифракционните и призматичните спектри.
презентация, добавена на 02.03.2016 г
Устройство за фотометрична глава. Светлинен поток и мощност на светлинния източник. Определяне на светлинен интензитет, яркост. Принципът на фотометрията. Сравнение на осветеността на две повърхности, създадена от изследваните източници на светлина.
лабораторна работа, добавена на 07.03.2007 г
Основни принципи на геометричната оптика. Изследване на законите за разпространение на светлинна енергия в прозрачни среди въз основа на концепцията за светлинен лъч. Астрономически и лабораторни методи за измерване на скоростта на светлината, разглеждане на законите на нейното пречупване.
презентация, добавена на 05/07/2012
Спектрални измервания на интензитета на светлината. Изследване на разсейването на светлината в магнитни колоиди от кобалтов ферит и магнетит в керосин. Криви на намаляване на интензитета на разсеяната светлина във времето след изключване на електрическите и магнитните полета.
статия, добавена на 19.03.2007 г
Теоретични основи на оптико-електронните устройства. Химично действие на светлината. Фотоелектрични, магнитооптични, електрооптични ефекти на светлината и техните приложения. Комптън ефект. Раман ефект. Лек натиск. Химични действия на светлината и нейната природа.
резюме, добавено на 11/02/2008
Вълнова теория на светлината и принципът на Хюйгенс. Феноменът на светлинната интерференция като пространствено преразпределение на светлинната енергия по време на наслагването на светлинни вълни. Кохерентност и монохроматични светлинни потоци. Вълнови свойства на светлината и концепцията за вълнов влак.
През 1676 г. датският астроном Оле Рьомер прави първата груба оценка на скоростта на светлината. Рьомър забеляза леко несъответствие в продължителността на затъмненията на луните на Юпитер и заключи, че движението на Земята, приближаваща или отдалечаваща се от Юпитер, променя разстоянието, което трябва да измине светлината, отразена от луните.
Чрез измерване на големината на това несъответствие, Рьомер изчислява, че скоростта на светлината е 219 911 километра в секунда. В по-късен експеримент през 1849 г. френският физик Арман Физо установи, че скоростта на светлината е 312 873 километра в секунда.
Както е показано на фигурата по-горе, експерименталната настройка на Fizeau се състои от източник на светлина, полупрозрачно огледало, което отразява само половината от светлината, падаща върху него, позволявайки на останалата част да премине през въртящо се зъбно колело и неподвижно огледало. Когато светлината удари полупрозрачното огледало, тя се отразява върху зъбно колело, което разделя светлината на лъчи. След преминаване през система от фокусиращи лещи, всеки светлинен лъч се отразява от неподвижно огледало и се връща обратно към зъбното колело. Като направи прецизни измервания на скоростта, с която зъбното колело блокира отразените лъчи, Физо успя да изчисли скоростта на светлината. Неговият колега Жан Фуко подобри този метод година по-късно и установи, че скоростта на светлината е 297 878 километра в секунда. Тази стойност се различава малко от съвременната стойност от 299 792 километра в секунда, която се изчислява чрез умножаване на дължината на вълната и честотата на лазерното лъчение.
Експериментът на Физо
Както е показано на снимките по-горе, светлината се движи напред и се връща обратно през същата междина между зъбите на колелото, когато колелото се върти бавно (долната снимка). Ако колелото се върти бързо (горната снимка), съседно зъбно колело блокира връщащата се светлина.
Резултатите на Fizeau
Поставяйки огледалото на 8,64 километра от предавката, Физо установи, че скоростта на въртене на предавката, необходима за блокиране на връщащия се светлинен лъч, е 12,6 оборота в секунда. Познавайки тези цифри, както и разстоянието, изминато от светлината, и разстоянието, което зъбното колело трябва да измине, за да блокира светлинния лъч (равно на ширината на празнината между зъбите на колелото), той изчисли, че светлинният лъч отне 0,000055 секунди за изминаване на разстоянието от предавката до огледалото и обратно. Разделяйки на това време общото разстояние от 17,28 километра, изминато от светлината, Fizeau получава стойност за нейната скорост от 312 873 километра в секунда.
Експериментът на Фуко
През 1850 г. френският физик Жан Фуко подобрява техниката на Физо, като заменя зъбното колело с въртящо се огледало. Светлината от източника достига до наблюдателя само когато огледалото завърши пълно завъртане на 360° по време на интервала от време между излизането и връщането на светлинния лъч. Използвайки този метод, Фуко получава стойност за скоростта на светлината от 297 878 километра в секунда.
Последният акорд в измерването на скоростта на светлината.
Изобретяването на лазерите позволи на физиците да измерват скоростта на светлината с много по-голяма точност от всякога. През 1972 г. учени от Националния институт за стандарти и технологии внимателно измерват дължината на вълната и честотата на лазерен лъч и записват скоростта на светлината, произведението на тези две променливи, на 299 792 458 метра в секунда (186 282 мили в секунда). Една от последиците от това ново измерване беше решението на Генералната конференция по мерки и теглилки да приеме като стандартен метър (3,3 фута) разстоянието, което светлината изминава за 1/299 792 458 от секундата. По този начин скоростта на светлината, най-важната фундаментална константа във физиката, сега се изчислява с много висока степен на сигурност и референтният метър може да се определи много по-точно от всякога.
