Физика
Оптика
Общая характеристика световых явлений.
Фотометрия и светотехника.
Основные законы геометрической оптики.
Применение отражения и преломления света для получения изображения.
Оптические системы и их погрешности.
Оптические приборы.
Интерференция света.
Дифракция света.
Физические принципы оптической голографии.
Поляризация света и поперечность световых волн.
Шкала электромагнитных волн.
Спектры и спектральные закономерности.
Действия света на вещество.
Википедия
Физика
Физика - это область естествознания, наука. Она изучает самые общие и фундаментальные закономерности, которые определяют структуру и эволюцию материальн... читать далее »
Статьи по Физике
19.10.2009 00:00

Определение скорости света. . Физика.

свет несет с собой энергию, и были указаны методы ее регистрации. Естественно встает вопрос, с какой скоростью распространяется световая энергия.

Попытки ответить на этот вопрос предпринимались уже давно. Так, еще Г. Галилей (1607 г.) пытался определить скорость распространения света с помощью следующего простого опыта. Представим себе двух наблюдателей А и В (рис. 1), находящихся на расстоянии l друг от друга и снабженных одинаковыми хорошо выверенными часами. Если наблюдатель А в некоторый момент пошлет световой сигнал (например, быстро откроет заслонку фонаря), а наблюдатель В отметит по своим часам тот момент, когда он увидит этот сигнал, то можно будет определить время т, за которое свет прошел данный путь l, и, следовательно, определить скорость света с=l/t.

Опыт можно значительно усовершенствовать и упростить, если вместо второго наблюдателя поместить зеркало. Наблюдатель, открывающий фонарь, отметит также и момент, когда световой сигнал, отразившийся от зеркала, вернется к нему, т. е. пройдет путь 2l. Таким образом удалось бы определить скорость света, располагая лишь одними часами. Однако опыт Галилея как в первом, так и: во втором вариантах не дал определенных результатов. Естественно, что регистрация момента выхода и прихода сигнала делается с некоторыми ошибками. Скорость же света оказалась настолько большой, что время прохождения светом сравнительно небольших расстояний, на которые можно было отдалить пункты А и В, было значительно меньше указанных ошибок. Поэтому принципиально правильный опыт не дал удовлетворительного результата.

Для улучшения дела надо было или весьма значительно увеличить расстояние l, или очень сильно повысить

Рис. 1. Неудачные попытки определить скорость света

точность измерения небольших промежутков времени. Оба эти усовершенствования и были внесены впоследствии и привели к благоприятным результатам.


Определение скорости света Рёмером.

В методе датского астронома Олафа Рёмера (1644—1710), предложенном в 1675 г., были использованы огромные расстояния, с которыми приходится иметь дело астроному. Световым сигналом, посылавшимся из пункта А, служили затмения спутника Юпитера (например, моменты выхода этого спутника из тени Юпитера); наблюдатель на Земле регистрировал момент затмения.

Обращение ближайшего к Юпитеру спутника происходит за 13/4 дня, т. е. затмения его следуют весьма часто одно за другим. Рёмер установил, что наблюдаются затмения не вполне регулярно. Если, например, начиная с положения Земли З1 (рис. 2), предвычислить моменты ожидаемых затмений и произвести наблюдения при положении Земли примерно через 1/2 года, то момент затмения оказывается запоздавшим против вычисленного почти на 16 мин. Однако те же вычисления дают правильный результат, если вновь провести наблюдения к моменту положения Земли ЗЗ, т. е. еще примерно через 1/2 года.


Рис. 2. К определению скорости света по Рёмеру: Ю1З1 — Земля З1 находится между Юпитером Ю1 и Солнцем С; Ю2З2 — Земля З2 и Юпитер Ю2 находятся по разные стороны Солнца; Ю3З3 — следующее взаимное расположение Земли З3 и Юпитера ЮЗ


Рёмер дал простое объяснение этим явлениям: надо учитывать время, необходимое для того, чтобы свет прошел добавочное расстояние, равное поперечнику земной орбиты. Это добавочное расстояние по современным измерениям равно 2,99•108 км, добавочное время — 966,4 с, отсюда скорость света с приблизительно равна 300 000 км/с. Сам Рёмер нашел для скорости света с значение 215 000 км/с.



Определение скорости света по методу вращающегося зеркала.

Французский физик Леон Фуко (1819—1868) применил в 1862 г. очень точный способ определения времени . прохождения света между двумя пунктами А и В, благодаря чему удалось надежно измерить скорость света, не прибегая к чрезмерно большим расстояниям между А и В. Световой сигнал, вышедший по направлению SA (рис. 3), отражался вращающимся зеркалом А к неподвижному зеркалу В. Это последнее делалось сферическим с очень большим радиусом кривизны R, так что центр его совпадал с зеркалом A. Благодаря такому устройству свет при любом положении зеркала А распространялся вдоль радиуса зеркала В, падал перпендикулярно на его поверхность и после отражения шел вновь по радиусу зеркала B, т. е. возвращался к зеркалу А. Однако за время т, в течение которого свет проходил путь от A до В и обратно (т. е. путь, равный 2R), зеркало А успевало повернуться на небольшой угол а, и свет отражался по направлению AS',

Рис. 3. К определению скорости света по методу вращающегося зеркала


составляющему угол 2a с направлением SA. Измерив угол 2a и зная угловую скорость вращения зеркала, можно определить время t, а следовательно, и скорость света с=2R/t.

В одном из опытов Фуко расстояние АВ=4м, частота вращения зеркала N=800 с-1, угол поворота зеркала a=27,3", следовательно, для этих данных

Среднее значение скорости света, полученное Фуко, равнялось 298 000 км/с.

Вводя на пути света АВ трубу с водой, Фуко смог непосредственно измерить скорость распространения света в воде и получил значение, в 4/3 раза меньшее, чем в воздухе, в соответствии с представлениями Гюйгенса.

Введя ряд остроумных усовершенствований в метод вращающегося зеркала, американский физик Альберт Майкельсон (1852—1931) значительно повысил точность определения скорости света. По его определениям (1927 г.) с=299 796 км/с. За последние годы лабораторные методы определения скорости света существенно усовершенствованы. В их основу положены независимые измерения длины световой волны и ее частоты. Это позволило К. Ивенсону с сотрудниками в 1972 г. определить скорость света с точностью 0,2 м/с: с = 299 792 456,2 ± 0,2 м/с. Однако эти результаты требуют дальнейшего подтверждения. В 1973 г. решением Генеральной ассамблеи Международного комитета по численным данным для науки и техники, обобщившим все известные экспериментальные данные, скорость света в вакууме принято считать равной
с = 299 792 458 ±1,2 м/с.
Для всех практических расчетов мы будем принимать скорость света в вакууме равной 300 000 км/с (3•108 м/с).

Колоссальная с точки зрения наших земных масштабов скорость света не так уж велика в масштабах астрономических. Здесь время распространения света измеряется значительными числами. Так, свет идет от Солнца до Земли около 8 мин, а от ближайшей звезды — около 4 лет. За год свет проходит путь примерно в 1013 км. Эта величина оказывается удобной в качестве единицы длины для огромных астрономических расстояний; она называется световым годом.

Наряду с этой единицей астрономы пользуются парсеком. Парсек (т. е. параллакс-секунда) — это расстояние, с которого радиус земной орбиты (150 млн. км) виден под углом 1". Нетрудно подсчитать, что парсек равен примерно 31/4 светового года.

В настоящее время имеется возможность независимо измерять частоту v и длину волны l монохроматического света, поэтому скорость его c=lv может быть найдена и без кинематических измерений, осуществляемых прежними способами.
 







по материалам пособия “Элементарный учебник физики” под ред. академика Г. С. Ландсберга.

Источник

© WIKI.RU, 2008–2017 г. Все права защищены.
купить набор шеллак