Много хора са знаели за съществуването на такова понятие като "скоростта на светлината" от ранно детство. Но не всеки знае подробно за феномена.
Мнозина обърнаха внимание на факта, че по време на гръмотевична буря има закъснение между проблясък на мълния и звук на гръмотевица. Избухването по правило достига до нас по-бързо. Това означава, че има по-голяма скорост от звука. Каква е причината за това? Каква е скоростта на светлината и как се измерва?
Каква е скоростта на светлината?
Нека първо разберем каква е скоростта на светлината. В научно отношение това е такова количество, което показва колко бързо се движат лъчите във вакуум или във въздуха. Вие също трябва да знаете какво е светлината. Това е радиацията, която се възприема от човешкото око. Скоростта зависи от условията на околната среда, както и от други свойства, например, пречупване.
Интересен факт: Отнема 1,25 секунди светлината да пътува от Земята до спътник, Луната.
Каква е скоростта на светлината в собствените ви думи?
По-просто казано, скоростта на светлината е периодът от време, през който един светлинен лъч изминава всяко разстояние. Времето обикновено се измерва в секунди. Някои учени обаче използват различни единици. Разстоянието също се измерва по различни начини. По принцип - това е метър. Тоест, тази стойност се счита в m / s. Физиката обяснява това по следния начин: явление, което се движи с определена скорост (константа).
За да улесним разбирането, нека разгледаме следния пример. Велосипедистът се движи със скорост 20 км / ч. Той иска да настигне водача на колата, чиято скорост е 25 км / ч. Ако броите, тогава колата върви с 5 км / ч по-бързо от колоездач. С лъчите на светлината нещата са различни. Без значение колко бързо се движат първият и вторият, светлината по отношение на тях се движи с постоянна скорост.
Каква е скоростта на светлината?
Когато не са във вакуум, различни условия влияят на светлината. Веществото, през което преминават лъчите, включително. Ако броят на метра в секунда не се променя без достъп на кислород, тогава в среда с достъп на въздух стойността се променя.
Светлината пътува по-бавно през различни материали като стъкло, вода и въздух. Това явление е с показател на пречупване, за да опише колко забавят движението на светлината. Стъклото има показател на пречупване 1,5, което означава, че светлината преминава през него със скорост около 200 хиляди километра в секунда. Показателят на пречупване на водата е 1,3, а показателят на пречупване на въздуха е малко повече от 1, което означава, че въздухът само леко забавя светлината.
Следователно, след преминаване през въздух или течност, скоростта се забавя, ставайки по-малка, отколкото във вакуум. Например в различни резервоари скоростта на движение на лъчите е 0,75 от скоростта в пространството. Също така, при стандартно налягане от 1,01 бара скоростта се забавя с 1,5-2%. Тоест при наземни условия скоростта на светлината варира в зависимост от условията на околната среда.
За подобно явление те измислиха специална концепция - пречупване. Тоест пречупването на светлината. Той се използва широко в различни изобретения. Например, рефрактор е телескоп с оптична система. Също така, с помощта на това се създават и бинокли и друго оборудване, чиято същност е използването на оптика.
По принцип най-малкият лъч може да бъде пречупен, като преминава през обикновен въздух. При преминаване през специално създадено оптично стъкло скоростта е приблизително 195 хиляди километра в секунда. Това е почти 105 хиляди км / сек по-малко от константата.
Най-точната стойност на скоростта на светлината
Физиците през годините са натрупали опит в изследването на скоростта на светлинните лъчи. В момента е най-точната стойност на скоростта на светлината 299 792 километра в секунда, Константата е установена през 1933г. Номерът все още е важен.
По-нататъшни трудности обаче възникнаха с определянето на показателя.Това се дължи на грешка на измервателния уред. Сега самият електромер директно зависи от скоростта на светлината. То е равно на разстоянието, което лъчите изминават за определен брой секунди - 1 / скорост на светлината.
Каква е скоростта на светлината във вакуум?
Тъй като светлината не се влияе от различни условия във вакуум, скоростта му не се променя, както на Земята. Скоростта на светлината във вакуум е 299 792 километра в секунда, Този индикатор е границата. Смята се, че нищо на света не може да се движи по-бързо, дори космическите тела, които се движат доста бързо.
Например, изтребител, Boeing X-43, който надвишава скоростта на звука с почти 10 пъти (повече от 11 хиляди км / ч), лети по-бавно от лъча. Последният се движи с повече от 96 хиляди километра в час по-бързо.
Как беше измерена скоростта на светлината?
Още първите учени се опитаха да измерят тази стойност. Използвани са различни методи. В периода на древността хората на науката са вярвали, че тя е безгранична, следователно е невъзможно да се измери. Това мнение остава дълго време, до 16-17-ти век. В онези дни се появиха други учени, които предположиха, че лъчът има край и че скоростта може да бъде измерена.
Известният астроном от Дания Олаф Ромер изведе знанията за скоростта на светлината на ново ниво. Той забеляза, че затъмнението на луната на Юпитер закъснява. Преди това никой не обърна внимание на това. Следователно той реши да изчисли скоростта.
Той представи приблизителна скорост, която беше равна на около 220 хиляди километра в секунда. По-късно ученият от Англия Джеймс Брадли се зае с проучването. Въпреки че не беше напълно прав, той леко се приближи до текущите резултати от изследванията.
След известно време повечето учени се интересуват от това количество. В изследването са участвали хора от различни страни. До 70-те години на 20 век обаче не е имало грандиозни открития. От 70-те години на миналия век, когато измислят лазери и мазери (квантови генератори), учените провеждат изследвания и получават точната скорост. Настоящата стойност е от значение от 1983 г. Коригирани само малки грешки.
Опитът на Галилей
Учен от Италия изненада всички изследователи от онези години с простотата и гениалността на своя опит. Той успя да измери скоростта на светлината с помощта на обикновени инструменти, които бяха на една ръка разстояние.
Той и неговият помощник се изкачиха на съседните хълмове, като предварително изчислиха разстоянието между тях. Взеха запалените фенери, оборудваха ги с амортисьори, които отварят и затварят светлините. От своя страна, отваряйки и затваряйки светлината, те се опитаха да изчислят скоростта на светлината. Галилей и асистентът знаеха предварително с какво закъснение ще отворят и затворят светлината. Когато единият се е отворил, другият прави същото.
Експериментът обаче се провали. За да работи, учените трябва да стоят на разстояние милиони километри един от друг.
Опитът на Рьомер и Брадли
Това проучване вече е написано накратко по-горе. Това е едно от най-прогресивните преживявания на времето. Рьомер използва знания в астрономията, за да измери скоростта на лъчите. Това се случи през 76-та година на 17-ти век.
Изследователят наблюдава Ио (спътника на Юпитер) през телескоп. Той открива следния модел: колкото повече нашата планета се отдалечава от Юпитер, толкова по-голямо е забавянето на затъмнението на Йо. Най-голямото забавяне беше 21-22 минути.
Ако приемем, че спътникът се отдалечава на разстояние, равно на дължината на диаметъра на орбитата, ученият раздели разстоянието по време. В резултат той получи 214 хиляди километра в секунда. Въпреки че това проучване се счита за много приблизително, тъй като разстоянието е приблизително, то се приближава до текущия индикатор.
През 18 век Джеймс Брадли допълва изследването. За да направи това, той използва аберация - промяна в положението на космическото тяло поради движението на Земята около слънцето. Джеймс измери ъгъла на аберация и, знаейки скоростта на нашата планета, той получи стойност от 301 хиляди километра в секунда.
Опит на Fizeau
Изследователите и обикновените хора бяха скептични към преживяванията на Рьомер и Джеймс Брадли. Въпреки това, резултатите бяха най-близки до истината и уместни в продължение на повече от век. През 19 век Арман Физео, учен от столицата на Франция, Париж, допринася за измерването на това количество. Той използва метода на въртящия се затвор. Също така, подобно на Галилео Галилей със своя помощник, Физеу не наблюдава небесни тела, а изследва в лабораторията.
Принципът на опит е прост. Лъч светлина беше насочен към огледалото. Отразявайки се от него, светлината преминава през зъбите на колелото. Тогава се удари в друга отразяваща повърхност, която беше разположена на разстояние 8,6 км. Колелото се въртеше, увеличавайки скорост, докато лъчът се виждаше в следващата пропаст. След изчисленията ученият получи резултат от 313 хиляди км / сек.
По-късно изследването е повторено от френския физик и астроном Леон Фуко, получавайки резултат от 298 хиляди км / сек. Най-точният резултат по това време. По-късни измервания са извършени с помощта на лазери и мазери.
Възможна ли е суперлуминална скорост?
Има обекти по-бързи от скоростта на светлината. Например слънчеви лъчи, сенки, вибрации на вълната. Въпреки че теоретично те могат да развият свръхсветна скорост, енергията, която излъчват, няма да съвпада с вектора им на движение.
Ако светлинен лъч преминава например през стъкло или вода, тогава електроните могат да го изпреварят. Те не са ограничени в скоростта на движение. Следователно при такива условия светлината не се движи по-бързо от всеки.
Това явление се нарича Ефект на Вавилов-Черенков, Най-често се намира в дълбоки резервоари и реактори.