Kaip buvo matuojamas šviesos greitis ir kokia jo tikroji vertė? Kada pirmą kartą buvo išmatuotas šviesos greitis? Kuriam mokslininkui pavyko išmatuoti šviesos greitį?
Nepaisant to, kad įprastame gyvenime mes neturime skaičiuoti šviesos greičio, daugelis šiuo kiekiu domėjosi nuo vaikystės.
Stebėdamas žaibą per perkūniją, kiekvienas vaikas tikriausiai bandė suprasti, kas sukėlė vėlavimą tarp jo blyksnio ir griaustinio. Akivaizdu, kad šviesos ir garso greitis skiriasi. Kodėl tai vyksta? Koks yra šviesos greitis ir kaip jį išmatuoti?
Moksle šviesos greitis yra greitis, kuriuo spinduliai juda ore arba vakuume. Šviesa yra elektromagnetinė spinduliuotė, kurią suvokia žmogaus akis. Jis gali judėti bet kokioje aplinkoje, o tai turi tiesioginės įtakos jo greičiui.
Šį kiekį buvo bandoma išmatuoti nuo seno. Senovės mokslininkai tikėjo, kad šviesos greitis yra begalinis. Tą pačią nuomonę išsakė ir XVI–XVII amžių fizikai, nors jau tada kai kurie tyrinėtojai, tokie kaip Robertas Hukas ir Galilėjus Galilėjus, manė baigtinumą.
Didelis lūžis šviesos greičio tyrime įvyko danų astronomo Olafo Roemerio dėka, kuris pirmasis atkreipė dėmesį į Jupiterio mėnulio Io užtemimo vėlavimą, palyginti su pradiniais skaičiavimais.
Tada mokslininkas apytikslę greičio reikšmę nustatė 220 tūkstančių metrų per sekundę. Britų astronomas Jamesas Bradley sugebėjo šią reikšmę apskaičiuoti tiksliau, nors skaičiavimuose šiek tiek klydo. 
Vėliau įvairių šalių mokslininkai bandė apskaičiuoti tikrąjį šviesos greitį. Tačiau tik aštuntojo dešimtmečio pradžioje, atsiradus lazeriams ir mazeriams, turintiems stabilų spinduliavimo dažnį, mokslininkai galėjo atlikti tikslius skaičiavimus, o 1983 m. šiuolaikinė vertė su santykinės paklaidos koreliacija buvo paimta kaip. pagrindas.
Koks jūsų žodžiais yra šviesos greitis?
Paprastai tariant, šviesos greitis yra laikas, per kurį saulės spindulys nukeliauja tam tikrą atstumą. Kaip laiko vienetą įprasta naudoti antrąjį, o kaip atstumo matavimo vienetą – metrą. Fizikos požiūriu šviesa yra unikalus reiškinys, kurio greitis konkrečioje aplinkoje yra pastovus.
Tarkime, žmogus bėga 25 km/h greičiu ir bando pasivyti automobilį, važiuojantį 26 km/h greičiu. Pasirodo, automobilis juda 1 km/h greičiau nei bėgikas. Su šviesa viskas kitaip. Nepriklausomai nuo automobilio ir žmogaus judėjimo greičio, spindulys judės jų atžvilgiu pastoviu greičiu.
Šviesos greitis labai priklauso nuo medžiagos, kurioje spinduliai sklinda. Vakuume jis turi pastovią vertę, tačiau skaidrioje aplinkoje gali turėti skirtingus rodiklius.
Ore ar vandenyje jo vertė visada mažesnė nei vakuume. Pavyzdžiui, upėse ir vandenynuose šviesos greitis yra maždaug ¾ greičio erdvėje, o ore, esant 1 atmosferos slėgiui, jis yra 2% mažesnis nei vakuume. 
Šis reiškinys paaiškinamas spindulių absorbcija skaidrioje erdvėje ir jų pakartotiniu sklidimu įkrautomis dalelėmis. Poveikis vadinamas refrakcija ir aktyviai naudojamas teleskopų, žiūronų ir kitos optinės įrangos gamyboje.
Jei svarstysime konkrečias medžiagas, tai distiliuotame vandenyje šviesos greitis yra 226 tūkstančiai kilometrų per sekundę, optiniame stikle – apie 196 tūkstančiai kilometrų per sekundę.
Koks yra šviesos greitis vakuume?
Vakuume šviesos greitis per sekundę yra pastovus 299 792 458 metrai, tai yra šiek tiek daugiau nei 299 tūkstančiai kilometrų. Šiuolaikiniu požiūriu tai yra didžiausia. Kitaip tariant, jokia dalelė, joks dangaus kūnas negali pasiekti tokio greičio, kokį šviesa vystosi kosmose.
Net jei manytume, kad Supermenas pasirodys ir skris dideliu greičiu, spindulys vis tiek bėgs nuo jo didesniu greičiu.
Nors šviesos greitis yra didžiausias pasiekiamas vakuuminėje erdvėje, manoma, kad yra objektų, kurie juda greičiau.
Pavyzdžiui, saulės spinduliai, šešėliai ar bangų virpesių fazės gali tai padaryti, tačiau su viena išlyga - net jei jie išvysto supergreitį, energija ir informacija bus perduodama ta kryptimi, kuri nesutampa su jų judėjimo kryptimi. 
Kalbant apie skaidrią terpę, Žemėje yra objektų, kurie gali judėti greičiau nei šviesa. Pavyzdžiui, jei spindulys, einantis per stiklą, sulėtina jo greitį, tai elektronų judėjimo greitis nėra ribojamas, todėl, eidami per stiklo paviršius, jie gali judėti greičiau nei šviesa.
Šis reiškinys vadinamas Vavilovo-Čerenkovo efektu ir dažniausiai stebimas branduoliniuose reaktoriuose arba vandenynų gelmėse.
Šviesos greitis vakuume yra „tiksliai 299 792 458 metrai per sekundę“. Šiandien šį skaičių galime tiksliai įvardyti, nes šviesos greitis vakuume yra universali konstanta, kuri buvo matuojama lazeriu.
Kalbant apie šio įrankio naudojimą eksperimente, sunku ginčytis dėl rezultatų. Kalbant apie tai, kodėl šviesos greitis matuojamas tokiu sveiku skaičiumi, nenuostabu: metro ilgis nustatomas naudojant tokią konstantą: „Kelio, kurį šviesa nukeliauja vakuume per 1 laiko intervalą, ilgis. /299 792 458 sekundės.
Prieš porą šimtų metų buvo nuspręsta ar bent jau buvo daroma prielaida, kad šviesos greitis neturi ribų, nors iš tikrųjų jis tiesiog labai didelis. Jei atsakymas nulemtų, ar ji taps Justino Bieberio mergina, šiuolaikinė paauglė į šį klausimą atsakytų taip: „Šviesos greitis yra šiek tiek lėtesnis nei greičiausio daikto visatoje“.
Pirmasis šviesos greičio begalybės klausimą ėmėsi filosofas Empedoklis V amžiuje prieš Kristų. Dar po šimtmečio Aristotelis nesutiks su Empedoklio teiginiu ir ginčas tęsis daugiau nei 2000 metų.
Olandų mokslininkas Isacas Backmanas buvo pirmasis žinomas mokslininkas, 1629 m. sugalvojęs tikrą eksperimentą, kad patikrintų, ar šviesa turi greitį. Gyvendamas šimtmetį toli nuo lazerio išradimo, Backmanas suprato, kad eksperimento pagrindas turi būti bet kokios kilmės sprogimas, todėl savo eksperimentuose panaudojo detonuojantį paraką.
Backmanas pastatė veidrodžius skirtingais atstumais nuo sprogimo ir vėliau paklausė stebinčių žmonių, ar jie mato skirtumą kiekviename veidrodyje atspindėtos šviesos blyksnio suvokime. Kaip jau galima spėti, eksperimentas buvo „neįtikinamas“. Panašų, garsesnį eksperimentą, bet nenaudojant sprogimo, Galilėjus Galilėjus galėjo atlikti arba bent jau sugalvoti tik po dešimtmečio, 1638 m. Galilėjus, kaip ir Backmanas, įtarė, kad šviesos greitis nėra begalinis, o kai kuriuose savo darbuose jis užsiminė apie eksperimento tęsimą, bet su žibintuvėlių dalyvavimu. Eksperimento metu (jei kada nors tai padarė!) jis įdėjo du žibintus mylios atstumu vienas nuo kito ir bandė pamatyti, ar nebuvo vėlavimo. Eksperimento rezultatas taip pat buvo neįtikinamas. Vienintelis dalykas, kurį „Galileo“ galėjo pasiūlyti, buvo tai, kad jei šviesa nebuvo begalinė, ji buvo per greita, o tokio mažo masto eksperimentai buvo pasmerkti žlugti.
Tai tęsėsi tol, kol danų astronomas Olafas Roemeris pradėjo rimtus eksperimentus su šviesos greičiu. „Galileo“ žibintų kalno eksperimentai atrodė kaip vidurinės mokyklos mokslo projektas, palyginti su Roemerio eksperimentais. Jis nusprendė, kad eksperimentas turėtų būti atliktas kosmose. Taigi jis sutelkė savo dėmesį į planetų stebėjimą ir 1676 m. rugpjūčio 22 d. pristatė savo naujovišką požiūrį.
Visų pirma, tyrinėdamas vieną iš Jupiterio palydovų, Roemeris pastebėjo, kad laikas tarp užtemimų kinta ištisus metus (priklausomai nuo to, ar Jupiteris juda link Žemės, ar nuo jos). Tuo susidomėjęs Roemeris atidžiai užsirašė, kada jo stebimas mėnulis, Io, pateko į akiratį, ir palygino tuos laikus, palyginti su tais laikais, kai to įprastai būtų galima tikėtis. Po kurio laiko Roemeris pastebėjo, kad lygiai taip pat, kai Žemė nutolsta nuo Jupiterio skriedama aplink Saulę, laikas, kai Io pateko į akiratį, dar labiau atsiliks nuo anksčiau įrašuose pažymėto laiko. Roemeris (teisingai) iškėlė teoriją, kad taip yra todėl, kad šviesa ilgiau nukeliauja atstumą nuo Žemės iki Jupiterio, nes pats atstumas didėja.
Deja, jo skaičiavimai buvo prarasti per 1728 m. Kopenhagos gaisrą, tačiau daug informacijos apie jo atradimą turime iš amžininkų pasakojimų, taip pat iš kitų mokslininkų, kurie savo darbuose naudojo Roemerio skaičiavimus, pranešimų. Jų esmė ta, kad atlikęs daugybę skaičiavimų, susijusių su Žemės skersmeniu ir Jupiterio orbita, Roemeris sugebėjo padaryti išvadą, kad šviesa nukeliautų atstumą, lygų Žemės orbitos aplink Saulę skersmeniui, maždaug 22 minutes. Vėliau Christiaan Huygens šiuos skaičiavimus paverčia labiau suprantamais skaičiais, parodydamas, kad Roemeris apskaičiavo, jog šviesa nuskrieja apie 220 000 kilometrų per sekundę. Šis skaičius vis dar labai skiriasi nuo šiuolaikinių duomenų, tačiau prie jų grįšime netrukus.
Kai Roemerio universiteto kolegos išreiškė susirūpinimą dėl jo teorijos, jis ramiai jiems pasakė, kad 1676 m. lapkričio 9 d. užtemimas įvyks po 10 minučių. Kai tai atsitiko, abejojantys buvo nustebę, nes dangaus kūnas patvirtino jo teoriją.
Roemerio kolegos buvo nepaprastai nustebinti jo skaičiavimais, nes net ir šiandien jo šviesos greičio įvertinimas laikomas stebėtinai tiksliu, turint omenyje, kad jis buvo atliktas prieš 300 metų iki lazerių ir interneto išradimo. Nors 80 000 kilometrų yra per lėtas, įvertinus tuometinę mokslo ir technikos būklę, rezultatas išties įspūdingas. Be to, Roemeris rėmėsi tik savo spėlionėmis.
Dar labiau stebina tai, kad per mažo greičio priežastis buvo ne Roemerio skaičiavimuose, o tame, kad tuo metu, kai jis atliko skaičiavimus, nebuvo tikslių duomenų apie Žemės ir Jupiterio orbitas. Tai reiškia, kad mokslininkas suklydo tik todėl, kad kiti mokslininkai nebuvo tokie protingi kaip jis. Taigi, jei į pradinius jo atliktus skaičiavimus įtrauksite esamus šiuolaikinius duomenis, šviesos greičio skaičiavimai bus teisingi.
Nors skaičiavimai buvo techniškai neteisingi, o Jamesas Bradley 1729 m. rado tikslesnį šviesos greičio apibrėžimą, Roemeris įėjo į istoriją kaip pirmasis asmuo, įrodęs, kad šviesos greitį galima nustatyti. Jis tai padarė stebėdamas milžiniško dujinio rutulio, esančio maždaug 780 milijonų kilometrų atstumu nuo Žemės, judėjimą.
Siųsti savo gerą darbą žinių bazėje yra paprasta. Naudokite žemiau esančią formą
Studentai, magistrantai, jaunieji mokslininkai, kurie naudojasi žinių baze savo studijose ir darbe, bus jums labai dėkingi.
Paskelbta http://www.allbest.ru/
Šviesos greitis ir jo nustatymo metodai
Planuoti
Įvadas
1. Astronominiai šviesos greičio matavimo metodai
1.1 Roemerio metodas
1.2 Šviesos aberacijos metodas
1.3 Pertraukimo metodas (Fizeau metodas)
1.4 Besisukančio veidrodžio metodas (Foucault metodas)
1.5 Michelsono metodas
Įvadas
Šviesos greitis yra viena iš svarbiausių fizinių konstantų, kurios vadinamos pamatinėmis. Ši konstanta yra ypač svarbi tiek teorinėje, tiek eksperimentinėje fizikoje ir susijusiuose moksluose. Tikslią šviesos greičio reikšmę reikia žinoti radijo ir šviesos vietoje, matuojant atstumus nuo Žemės iki kitų planetų, valdant palydovus ir erdvėlaivius. Šviesos greičio nustatymas yra svarbiausias optikoje, ypač judančių laikmenų optikoje, ir fizikai apskritai. Susipažinkime su šviesos greičio nustatymo metodais.
1. Astronominiai šviesos greičio matavimo metodai
1.1 Roemerio metodas
Pirmieji šviesos greičio matavimai buvo pagrįsti astronominiais stebėjimais. Patikimą šviesos greičio vertę, artimą jos šiuolaikinei vertei, Roemeris pirmą kartą gavo 1676 m., stebėdamas Jupiterio planetos palydovų užtemimus.
Laikas, per kurį šviesos signalas nukeliauja iš dangaus kūno į Žemę, priklauso nuo atstumo Lšviestuvo vieta. Reiškinys, vykstantis ant kurio nors dangaus kūno, stebimas su vėlavimu, lygiu šviesos praėjimo iš šviestuvo į Žemę laikui:
Kur Su- šviesos greitis.
Jei stebime bet kokį periodinį procesą, vykstantį sistemoje, nutolusioje nuo Žemės, tada, esant pastoviam atstumui tarp Žemės ir sistemos, šio vėlavimo buvimas neturės įtakos stebimo proceso laikotarpiui. Jei per laikotarpį Žemė nutolsta nuo sistemos arba artėja prie jos, tai pirmuoju atveju periodo pabaiga bus fiksuojama su didesniu vėlavimu nei jo pradžia, o tai lems akivaizdų periodo padidėjimą. Antruoju atveju, priešingai, laikotarpio pabaiga bus fiksuojama su mažesniu vėlavimu nei jo pradžia, o tai lems akivaizdų laikotarpio sumažėjimą. Abiem atvejais tariamasis periodo pokytis yra lygus atstumų tarp žemės ir sistemos periodo pradžioje ir pabaigoje skirtumo ir šviesos greičio santykiui.
Pirmiau pateikti svarstymai sudaro Römerio metodo pagrindą.
Roemeris stebėjo palydovą Io, kurio orbitos periodas yra 42 valandos 27 minutės 33 sekundės.
Kai Žemė juda išilgai savo orbitos dalies E 1 E 2 E 3 jis tolsta nuo Jupiterio ir turėtų būti stebimas periodo padidėjimas. Judant po teritoriją E 3 E 4 E 1 stebimas laikotarpis bus trumpesnis už tikrąjį. Kadangi pokytis per vieną periodą yra nedidelis (apie 15 s), poveikis pastebimas tik atliekant didelį stebėjimų skaičių per ilgą laiką. Jei, pavyzdžiui, stebite užtemimus šešis mėnesius, pradedant nuo opozicijos Žemei momento (taškas E 1 ) iki „prisijungimo“ momento (taškas E 3 ), tada laiko intervalas tarp pirmojo ir paskutinio užtemimų bus 1320 s ilgesnis nei teoriškai apskaičiuota. Teorinis užtemimo laikotarpio skaičiavimas buvo atliktas orbitos taškuose, esančiuose arti opozicijos. Kur atstumas tarp Žemės ir Jupiterio laikui bėgant praktiškai nekinta.
Susidariusį neatitikimą galima paaiškinti tik tuo, kad per šešis mėnesius Žemė pajudėjo iš taško E 1 tiksliai E 3 o šviesa pusmečio pabaigoje turi nukeliauti didesnį kelią nei pradžioje, pagal atkarpos dydį E 1 E 3 , lygus Žemės orbitos skersmeniui. Taigi tam tikru laikotarpiu nepastebimi vėlavimai kaupiasi ir sudaro vėlavimą. Roemerio nustatyta vėlavimo reikšmė buvo 22 minutės. Paėmę Žemės orbitos skersmenį, lygų km, galime gauti 226 000 km/s šviesos greičio reikšmę.
Šviesos greitis, nustatytas remiantis Roemerio matavimais, buvo mažesnis už šiuolaikinę vertę. Vėliau buvo atlikti tikslesni užtemimų stebėjimai, kuriuose vėlavimo laikas pasirodė 16,5 minutės, o tai atitinka 301000 km/s šviesos greitį.
1.2 Šviesos aberacijos metodas
šviesos greičio matavimas astronominis
Stebėtojui žemėje regėjimo linijos kryptis į žvaigždę skirsis, jei ši kryptis bus nustatyta skirtingu metų laiku, tai yra, priklausomai nuo Žemės padėties jos orbitoje. Jei kryptis į kurią nors žvaigždę nustatoma šešių mėnesių intervalais, tai yra, kai Žemė yra priešinguose Žemės orbitos skersmens galuose, tada kampas tarp susidariusių dviejų krypčių vadinamas metiniu paralaksu (2 pav.). Kuo toliau žvaigždė yra, tuo mažesnis jos paralakso kampas. Išmatavus įvairių žvaigždžių paralakso kampus, galima nustatyti šių žvaigždžių atstumą nuo mūsų planetos.
1725-1728 metais Anglų astronomas Bradley Jamesas išmatavo metinį fiksuotų žvaigždžių paralaksą. Stebėdamas vieną iš žvaigždžių Drako žvaigždyne, jis atrado, kad jos padėtis per metus pasikeitė. Per tą laiką ji apibūdino nedidelį apskritimą, kurio kampiniai matmenys buvo lygūs 40,9“. Bendruoju atveju dėl Žemės judėjimo orbitoje žvaigždė apibūdina elipsę, kurios pagrindinės ašies kampiniai matmenys yra tokie patys. Ekliptikos plokštumoje gulinčioms žvaigždėms elipsė išsigimsta į tiesią liniją, o šalia ašigalio gulinčioms – į apskritimą. (Ekliptika yra didysis dangaus sferos ratas, išilgai kurio vyksta matomas kasmetinis Saulės judėjimas.)
Bradley išmatuotas poslinkio dydis buvo žymiai didesnis nei numatomas paralataktinis poslinkis. Bradley šį reiškinį pavadino šviesos aberacija ir paaiškino baigtiniu šviesos greičiu. Per trumpą laiką, per kurį ant teleskopo lęšio krentanti šviesa pasklinda nuo objektyvo iki okuliaro, dėl Žemės judėjimo orbitoje okuliaras pasislenka labai mažu segmentu (3 pav.). Dėl to žvaigždės vaizdas pasislinks segmentu A. Vėl nukreipus teleskopą į žvaigždę, jį teks šiek tiek pakreipti Žemės judėjimo kryptimi, kad žvaigždės vaizdas vėl sutaptų su okuliare esančio kryželio centru.
Tegu teleskopo pasvirimo kampas lygus b. Pažymime laiką, kurio reikia šviesai nukeliauti atkarpa V, lygus atstumui nuo teleskopo lęšio iki okuliaro, yra lygus f. Tada segmentas ir
Iš Bradley matavimų buvo žinoma, kad dviejose Žemės padėtyse, esančiose ant to paties orbitos skersmens, žvaigždė atrodo pasislinkusi iš tikrosios padėties tuo pačiu kampu. Kampas tarp šių stebėjimo krypčių, iš kurio, žinant Žemės greitį orbitoje, galima rasti šviesos greitį. Bradley gavo Su= 306000 km/s.
Reikia pažymėti, kad šviesos aberacijos reiškinys yra susijęs su Žemės greičio krypties pasikeitimu ištisus metus. Šio reiškinio paaiškinimas pagrįstas korpuskulinėmis šviesos sampratomis. Šviesos aberacijos svarstymas bangų teorijos požiūriu yra sudėtingesnis ir susijęs su Žemės judėjimo įtakos šviesos sklidimui klausimu.
Roemeris ir Bradley parodė, kad šviesos greitis yra ribotas, nors jis yra labai svarbus. Tolesnei šviesos teorijos plėtrai buvo svarbu nustatyti, nuo kokių parametrų priklauso šviesos greitis ir kaip jis kinta šviesai pereinant iš vienos terpės į kitą. Tam reikėjo sukurti antžeminių šaltinių šviesos greičio matavimo metodus. Pirmieji tokių eksperimentų bandymai buvo padaryti XIX amžiaus pradžioje.
1.3 Pertraukimo metodas (Fizeau metodas)
Pirmąjį eksperimentinį metodą šviesos greičiui iš antžeminių šaltinių nustatyti 1449 m. sukūrė prancūzų fizikas Armandas Hippolyte'as Louisas Fizeau. Eksperimentinė schema parodyta fig. .4.
Iš šaltinio sklindanti šviesa s, iš dalies atsispindi nuo permatomos plokštės R ir nueina prie veidrodžio M. Sijos kelyje yra lengvas pertraukiklis - krumpliaratis KAM, kurio ašis OO" lygiagrečiai sijai. Šviesos spinduliai praeina pro tarpus tarp dantų ir atsispindi veidrodyje M ir siunčiami atgal per pavarą ir plokštę R stebėtojui.
Kai ratas sukasi lėtai KAMšviesa, perėjusi pro tarpą tarp dantų, sugeba pro tą patį tarpą sugrįžti ir patenka į stebėtojo akį. Tais momentais, kai spindulių kelią kerta dantis, šviesa nepasiekia stebėtojo. Taigi, esant mažam kampiniam greičiui, stebėtojas suvokia mirgančią šviesą. Jei padidinsite rato sukimosi greitį, tada šviesa, einanti per vieną tarpą tarp dantų, pasiekianti veidrodį ir grįžtanti atgal, tam tikra verte nepateks į tą patį tarpą. d, bet bus užblokuotas danties, kuris šiuo metu užėmė tarpo padėtį d. Vadinasi, esant kampiniam greičiui, iš tarpo į stebėtojo akį šviesa nepateks. d, nei iš visų vėlesnių (pirmasis patamsėjimas). Jei imtume dantų skaičių P, tada slankiklio vairo sukimo laikas yra lygus
Laikas, per kurį šviesa nukeliauja atstumą nuo rato iki veidrodžio M ir atvirkščiai yra lygus
Kur l- atstumas iki rato nuo veidrodžio (pagrindo). Sulyginę šiuos du laiko intervalus, gauname sąlygą, kuriai esant įvyksta pirmasis tamsėjimas:
kur galite nustatyti šviesos greitį:
kur apsisukimų skaičius per sekundę.
„Fizeau“ instaliacijoje bazė buvo 8,63 km, rato dantų skaičius – 720, o pirmasis patamsėjimas įvyko 12,6 aps./s. dažniu. Jei rato greitį padidinsite dvigubai, matysite ryškesnį matymo lauką, o esant trigubai sukimosi greičiui, vėl atsiras tamsa ir pan. Fizeau apskaičiuotas šviesos greitis yra 313300 km/s.
Pagrindinis tokių matavimų sunkumas yra tiksliai nustatyti tamsėjimo momentą. Tikslumas didėja tiek naudojant didesnes bazes, tiek esant pertraukimų dažniui, leidžiančiam stebėti aukštesnės eilės užtemimus. Taigi Perrotinas 1902 m. atliko matavimus, kurių bazinis ilgis buvo 46 km, ir gavo 29987050 km/s šviesos greičio vertę. Darbai buvo atliekami itin švariame jūros ore, naudojant aukštos kokybės optiką.
Vietoj besisukančio rato galima naudoti kitus, pažangesnius šviesos pertraukimo būdus, pavyzdžiui, Kerr elementą, kuriuo šviesos spindulį galima nutraukti 107 kartus per sekundę. Tokiu atveju galite žymiai sumažinti bazę. Taigi, Andersono sąrankoje (1941 m.) naudojant Kerr elementą ir fotoelektrinį įrašą, bazė buvo tik 3 m. Jis gavo vertę Su= 29977614 km/s.
1.4 Besisukančio veidrodžio metodas (Foucault metodas)
1862 m. Foucault sukurtas šviesos greičio nustatymo metodas gali būti priskirtas pirmiesiems laboratoriniams metodams. Naudodamas šį metodą, Foucault išmatavo šviesos greitį terpėje, kurios lūžio rodiklis n>1 .
Foucault įrengimo schema parodyta fig. 5.
Šviesa iš šaltinio S praeina per permatomą plokštelę R, objektyvas L ir nukrenta ant plokščio veidrodžio M1, kuri gali suktis aplink savo ašį APIE, statmena piešimo plokštumai. Po atspindžio iš veidrodžio M1 šviesos spindulys nukreipiamas į fiksuotą įgaubtą veidrodį M 2, išdėstytas taip, kad šis spindulys visada kristų statmenai jo paviršiui ir atsispindėtų tuo pačiu keliu į veidrodį M1 . Jei veidrodis M1 nejudėdamas, tada nuo jo atsispindėjęs spindulys sugrįš pirminiu keliu į plokštę R, iš dalies atsispindi, iš kurio jis suteiks šaltinio vaizdą S taške S1 .
Kai veidrodis sukasi M1 per tą laiką, kai šviesa keliauja 2 l tarp abiejų veidrodžių ir grįžta atgal (), kampiniu greičiu besisukantis veidrodis M1 pasisuks kampu
ir užims padėtį, parodytą pav. .5 punktyrinė linija. Nuo veidrodžio atsispindėjęs spindulys bus pasuktas kampu, palyginti su pradiniu, ir suteiks šaltinio vaizdą taške S2 . Atstumo matavimas S1 S2 ir žinodami įrenginio geometriją, galite nustatyti kampą ir apskaičiuoti šviesos greitį:
Taigi, Foucault metodo esmė yra tiksliai išmatuoti laiką, per kurį šviesa nukeliauja atstumą 2 l. Šis laikas apskaičiuojamas pagal veidrodžio pasukimo kampą M1 , kurio sukimosi greitis žinomas. Sukimosi kampas nustatomas pagal poslinkio matavimus S1 S2 . Foucault eksperimentuose sukimosi greitis buvo 800 aps./s, bazė l svyravo nuo 4 iki 20 km. Vertė rasta Su= 298000500 km/s.
Foucault pirmasis išmatavo šviesos greitį vandenyje, naudodamas savo instaliaciją. Įdėjęs vandens užpildytą vamzdį tarp veidrodžių, Foucault atrado, kad poslinkio kampas padidėjo * kartus, todėl šviesos sklidimo greitis vandenyje, apskaičiuotas pagal aukščiau parašytą formulę, buvo lygus (3/4). Su. Šviesos lūžio rodiklis vandenyje, apskaičiuotas pagal bangų teorijos formules, pasirodė esąs lygus, o tai visiškai atitinka Snell dėsnį. Taigi, remiantis šio eksperimento rezultatais, buvo patvirtintas šviesos bangų teorijos pagrįstumas ir baigtas pusantro amžiaus trukęs ginčas jos naudai.
1.5 Michelsono metodas
1926 m. Michelsono instaliacija buvo pastatyta tarp dviejų kalnų viršūnių, kad atstumas, kurį spindulio nukeliauja nuo šaltinio iki jo atvaizdo po atspindžių nuo aštuonkampės veidrodinės prizmės pirmojo paviršiaus, veidrodžiai. M 2 - M 7 o penktasis veidas buvo apie 35,4 km. Prizmės sukimosi greitis (apie 528 aps./s.) buvo parinktas toks, kad šviesos sklidimo metu nuo pirmos briaunos iki penktos prizmė spėtų apsisukti 1/8 apsisukimų. Galimas zuikio poslinkis netiksliai parinktu greičiu atliko korekcijos vaidmenį. Šiame eksperimente nustatytas šviesos greitis buvo lygus 2997964 km/s.
Be kitų metodų, atkreipiame dėmesį į šviesos greičio matavimą, atliktą 1972 m., nepriklausomai nustatant šviesos bangos ilgį ir dažnį. Šviesos šaltinis buvo helio-neono lazeris, generuojantis 3,39 μm spinduliuotę. Šiuo atveju bangos ilgis buvo matuojamas naudojant interferometrinį palyginimą su standartiniu kriptono oranžinės spinduliuotės ilgiu, o dažnis matuojamas radijo inžinerijos metodais. Šviesos greitis
nustatytas šiuo metodu buvo 299792,45620,001 km/s. Metodo autoriai mano, kad pasiektą tikslumą galima padidinti gerinant ilgio ir laiko etalonų matavimų atkuriamumą.
Apibendrinant pažymime, kad nustatant šviesos greitį matuojamas grupės greitis Ir, kuris sutampa su pirmąja faze tik vakuumui.
Paskelbta Allbest.ru
Panašūs dokumentai
Keturmatės erdvės padalijimas į fizinį laiką ir trimatę erdvę. Šviesos greičio pastovumas ir izotropija, vienalaikiškumo apibrėžimas. Sagnac efekto apskaičiavimas darant prielaidą apie šviesos greičio anizotropiją. RIŠTŲ parametro savybių tyrimas.
straipsnis, pridėtas 2015-06-22
Matoma spinduliuotė ir šilumos perdavimas. Natūralūs, dirbtiniai liuminescenciniai ir terminiai šviesos šaltiniai. Šviesos atspindys ir lūžis. Šešėlis, pusiausvyra ir šviesos spindulys. Mėnulio ir saulės užtemimai. Kūnų energijos įsisavinimas. Šviesos greičio keitimas.
pristatymas, pridėtas 2011-12-27
Šviesos transformacija, kai ji patenka ant dviejų terpių ribos: atspindžio (sklaidos), perdavimo (lūžio), sugerties. Šviesos greičio kitimo veiksniai medžiagose. Poliarizacijos ir šviesos trukdžių apraiškos. Atsispindėjusios šviesos intensyvumas.
pristatymas, pridėtas 2013-10-26
Erdvės ir laiko sampratos raida. Mokslinės fantastikos paradigma. Reliatyvumo principas ir išsaugojimo dėsniai. Absoliutus šviesos greitis. Uždarų pasaulio linijų paradoksas. Priklausomai nuo judėjimo greičio, sulėtėja laikas.
santrauka, pridėta 2009-10-05
Šviesos dispersijos samprata. Normali ir anomali sklaida. Klasikinė dispersijos teorija. Šviesos bangų fazinio greičio priklausomybė nuo jų dažnio. Baltos šviesos skaidymas difrakcijos gardelėmis. Difrakcijos ir prizminių spektrų skirtumai.
pristatymas, pridėtas 2016-02-03
Fotometrinis galvos prietaisas. Šviesos srautas ir šviesos šaltinio galia. Šviesos stiprio, ryškumo nustatymas. Fotometrijos principas. Dviejų paviršių, sukurtų tiriamų šviesos šaltinių, apšvietimo palyginimas.
laboratorinis darbas, pridėtas 2007-03-07
Pagrindiniai geometrinės optikos principai. Šviesos energijos sklidimo skaidriose terpėse dėsnių tyrimas remiantis šviesos pluošto samprata. Astronominiai ir laboratoriniai šviesos greičio matavimo metodai, jos lūžio dėsnių svarstymas.
pristatymas, pridėtas 2012-05-07
Spektriniai šviesos intensyvumo matavimai. Šviesos sklaidos kobalto ferito ir magnetito žibalo magnetiniuose koloiduose tyrimas. Išsklaidytos šviesos intensyvumo mažėjimo kreivės laikui bėgant išjungus elektrinį ir magnetinį lauką.
straipsnis, pridėtas 2007-03-19
Optinių-elektroninių prietaisų teoriniai pagrindai. Cheminis šviesos poveikis. Fotoelektriniai, magnetooptiniai, elektrooptiniai šviesos efektai ir jų pritaikymas. Komptono efektas. Ramano efektas. Lengvas spaudimas. Cheminis šviesos poveikis ir jos prigimtis.
santrauka, pridėta 2008-11-02
Šviesos bangų teorija ir Huygenso principas. Šviesos trukdžių reiškinys kaip erdvinis šviesos energijos persiskirstymas šviesos bangų superpozicijos metu. Darna ir monochromatiniai šviesos srautai. Šviesos banginės savybės ir bangų traukinio samprata.
1676 m. danų astronomas Ole Römeris pirmą kartą apytiksliai įvertino šviesos greitį. Roemeris pastebėjo nedidelį Jupiterio mėnulių užtemimų trukmės neatitikimą ir padarė išvadą, kad Žemės judėjimas, artėjant prie Jupiterio arba tolstant nuo jo, pakeitė atstumą, kurį turėjo nukeliauti nuo mėnulių atsispindėjusi šviesa.
Išmatuodamas šio neatitikimo dydį, Roemeris apskaičiavo, kad šviesos greitis yra 219 911 kilometrų per sekundę. Vėlesniame 1849 m. eksperimente prancūzų fizikas Armandas Fizeau nustatė, kad šviesos greitis yra 312 873 kilometrai per sekundę.
Kaip parodyta aukščiau esančiame paveikslėlyje, „Fizeau“ eksperimentinę sąranką sudarė šviesos šaltinis, permatomas veidrodis, atspindintis tik pusę ant jo krintančios šviesos, o likusioji dalis gali praeiti pro besisukantį krumpliaratį ir nejudantį veidrodį. Kai šviesa pateko į permatomą veidrodį, ji atsispindėjo ant krumpliaračio, kuris suskaidė šviesą į spindulius. Praėjęs per fokusavimo lęšių sistemą, kiekvienas šviesos spindulys atsispindėjo nuo nejudančio veidrodžio ir grįžo atgal į krumpliaratį. Tiksliai išmatavus greitį, kuriuo krumpliaratis blokavo atsispindėjusius spindulius, Fizeau sugebėjo apskaičiuoti šviesos greitį. Jo kolega Jeanas Foucault po metų patobulino šį metodą ir nustatė, kad šviesos greitis yra 297 878 kilometrai per sekundę. Ši reikšmė mažai skiriasi nuo šiuolaikinės 299 792 kilometrų per sekundę vertės, kuri apskaičiuojama padauginus lazerio spinduliuotės bangos ilgį ir dažnį.
Fizeau eksperimentas
Kaip parodyta aukščiau esančiose nuotraukose, šviesa sklinda pirmyn ir grįžta atgal per tą patį tarpą tarp rato dantų, kai ratas sukasi lėtai (paveikslėlis apačioje). Jei ratas greitai sukasi (viršutinė nuotrauka), gretimas krumpliaratis blokuoja grįžtančią šviesą.
Fizeau rezultatai
Padėjęs veidrodį 8,64 kilometro atstumu nuo pavaros, Fizeau nustatė, kad grįžtančiam šviesos spinduliui blokuoti reikalingas krumpliaračio sukimosi greitis yra 12,6 apsisukimų per sekundę. Žinodamas šiuos skaičius, taip pat šviesos nuvažiuotą atstumą ir atstumą, kurį turėjo nuvažiuoti krumpliaratis, kad užblokuotų šviesos spindulį (lygus tarpo tarp rato dantų pločiui), jis apskaičiavo, kad šviesos spindulys užtruko. 0,000055 sekundės įveikti atstumą nuo pavaros iki veidrodžio ir atgal. Padalijus iš šio laiko bendrą 17,28 kilometro atstumą, kurį nukeliavo šviesa, Fizeau gavo 312873 kilometrų per sekundę greitį.
Foucault eksperimentas
1850 m. prancūzų fizikas Jeanas Foucault patobulino Fizeau techniką, pakeisdamas krumpliaratį besisukančiu veidrodžiu. Šviesa iš šaltinio stebėtoją pasiekė tik tada, kai veidrodis visiškai apsisuko 360° per laiko tarpą tarp šviesos pluošto išvykimo ir sugrįžimo. Naudodamas šį metodą, Foucault gavo 297878 kilometrų per sekundę šviesos greičio vertę.
Galutinis šviesos greičio matavimo akordas.
Lazerių išradimas leido fizikai išmatuoti šviesos greitį daug tiksliau nei bet kada anksčiau. 1972 m. Nacionalinio standartų ir technologijų instituto mokslininkai kruopščiai išmatavo lazerio spindulio bangos ilgį ir dažnį ir užfiksavo šviesos greitį, kuris yra šių dviejų kintamųjų sandauga – 299 792 458 metrai per sekundę (186 282 mylios per sekundę). Viena iš šio naujo matavimo pasekmių buvo Generalinės svorių ir matų konferencijos sprendimas priimti kaip standartinį metrą (3,3 pėdos) atstumą, kurį šviesa nukeliauja per 1/299 792 458 sekundės. Taigi / šviesos greitis, svarbiausia pagrindinė fizikos konstanta, dabar apskaičiuojamas labai patikimai, o etaloninį matuoklį galima nustatyti daug tiksliau nei bet kada anksčiau.
