Mnoho ľudí vedelo o existencii takej koncepcie, ako je „rýchlosť svetla“ od útleho detstva. Nie každý však vie podrobne o tomto fenoméne.
Mnohí upozornili na skutočnosť, že počas búrky existuje oneskorenie medzi bleskom a zvukom hromu. Vypuknutie choroby sa k nám spravidla dostane rýchlejšie. To znamená, že má vyššiu rýchlosť ako zvuk. Aký je dôvod tohto? Aká je rýchlosť svetla a ako sa meria?
Aká je rýchlosť svetla?
Poďme najprv pochopiť, čo je rýchlosť svetla. Vedecky je to také množstvo, ktoré ukazuje, ako rýchlo sa lúče pohybujú vo vákuu alebo vo vzduchu. Musíte tiež vedieť, čo je svetlo. Toto je žiarenie, ktoré je vnímané ľudským okom. Rýchlosť závisí od podmienok prostredia, ako aj od ďalších vlastností, napríklad lomu.
Zaujímavý fakt: Cesta zo Zeme k satelitu, Mesiacu trvá 1,25 sekundy.
Aká je rýchlosť svetla podľa vašich vlastných slov?
Zjednodušene povedané, rýchlosť svetla je časové rozpätie, za ktoré svetelný lúč prejde akúkoľvek vzdialenosť. Čas sa zvyčajne meria v sekundách. Niektorí vedci však používajú rôzne jednotky. Vzdialenosť sa tiež meria rôznymi spôsobmi. V podstate - jedná sa o meter. To znamená, že táto hodnota sa berie do úvahy v m / s. Fyzika to vysvetľuje takto: jav, ktorý sa pohybuje určitou rýchlosťou (konštantnou).
Aby sme uľahčili pochopenie, pozrime sa na nasledujúci príklad. Cyklista sa pohybuje rýchlosťou 20 km / h. Chce dohnať vodiča, ktorého rýchlosť je 25 km / h. Ak počítate, potom auto ide o 5 km / h rýchlejšie ako cyklista. S lúčmi svetla sú veci rôzne. Bez ohľadu na to, ako rýchlo sa prvý a druhý ľudia pohybujú, svetlo sa vzhľadom na nich pohybuje konštantnou rýchlosťou.
Aká je rýchlosť svetla?
Ak nie sú vo vákuu, ovplyvňujú svetlo rôzne podmienky. Látka, cez ktorú prechádzajú lúče, vrátane. Ak sa počet metrov za sekundu bez prístupu kyslíka nezmení, hodnota sa zmení v prostredí s prístupom vzduchu.
Svetlo prechádza pomalšie cez rôzne materiály, ako je sklo, voda a vzduch. Tento jav má index lomu, ktorý opisuje, ako veľmi spomaľujú pohyb svetla. Sklo má index lomu 1,5, čo znamená, že ním svetlo prechádza rýchlosťou asi 200 tisíc kilometrov za sekundu. Index lomu vody je 1,3 a index lomu vzduchu je o niečo väčší ako 1, čo znamená, že vzduch iba mierne spomaľuje svetlo.
Preto po prechode vzduchom alebo kvapalinou sa rýchlosť spomaľuje a stáva sa menej ako vo vákuu. Napríklad v rôznych nádržiach je rýchlosť pohybu lúčov 0,75 rýchlosti v priestore. Pri štandardnom tlaku 1,01 bar sa rýchlosť spomalí o 1,5 až 2%. To znamená, že za suchozemských podmienok sa rýchlosť svetla mení v závislosti od podmienok prostredia.
Pre takýto jav prišli s osobitným konceptom - lomom. To znamená lom svetla. Je široko používaný v rôznych vynálezoch. Napríklad refraktorom je teleskop s optickým systémom. S pomocou toho sa tiež vytvárajú ďalekohľady a ďalšie vybavenie, ktorého podstatou je použitie optiky.
Všeobecne možno najmenší lúč lámať priechodom bežným vzduchom. Pri prechode cez špeciálne vytvorené optické sklo je rýchlosť približne 195 tisíc kilometrov za sekundu. To je takmer o 105 tisíc km / s menej ako konštanta.
Najpresnejšia hodnota rýchlosti svetla
Fyzici v priebehu rokov získali skúsenosti s výskumom rýchlosti svetelných lúčov. V súčasnosti je najpresnejšia hodnota rýchlosti svetla 299 792 kilometrov za sekundu, Konštanta bola založená v roku 1933. Číslo je stále relevantné.
Pri určovaní ukazovateľa však vznikli ďalšie ťažkosti.Bolo to kvôli chybe merača. Teraz samotný merač priamo závisí od rýchlosti svetla. Rovná sa vzdialenosti, ktorú lúče prechádzajú v určitom počte sekúnd - 1 / rýchlosť svetla.
Aká je rýchlosť svetla vo vákuu?
Pretože svetlo nie je vo vákuu ovplyvňované rôznymi podmienkami, jeho rýchlosť sa nemení ako na Zemi. Rýchlosť svetla vo vákuu je 299 792 kilometrov za sekundu, Tento ukazovateľ predstavuje limit. Predpokladá sa, že sa nič na svete nemôže pohybovať rýchlejšie, dokonca ani kozmické telá, ktoré sa pohybujú veľmi rýchlo.
Napríklad bojovník Boeing X-43, ktorý takmer 10-krát prekročí rýchlosť zvuku (viac ako 11 000 km / h), letí pomalšie ako lúč. Ten sa pohybuje o viac ako 96 tisíc kilometrov za hodinu rýchlejšie.
Ako sa merala rýchlosť svetla?
Prví vedci sa pokúsili zmerať túto hodnotu. Boli použité rôzne metódy. V období antiky sa vedci domnievali, že je nekonečná, a preto ju nemožno zmerať. Tento názor zostal dlhý čas až do 16. až 17. storočia. V tých dňoch sa objavili ďalší vedci, ktorí tvrdili, že lúč má koniec a že je možné zmerať rýchlosť.
Slávny astronóm z Dánska Olaf Roemer priniesol znalosť rýchlosti svetla na novú úroveň. Všimol si, že zatmenie Jupitera je neskoro. Predtým tomu nikto nevenoval pozornosť. Následne sa rozhodol vypočítať rýchlosť.
Navrhol približnú rýchlosť, ktorá sa rovnala približne 220 tisíc kilometrom za sekundu. Neskôr sa do štúdie zapojil vedec z Anglicka James Bradley. Aj keď nemal úplne pravdu, mierne sa priblížil k súčasným výsledkom výskumu.
Po nejakom čase sa väčšina vedcov zaujímala o toto množstvo. Výskumu sa zúčastnili ľudia z rôznych krajín. Až do 70. rokov 20. storočia však nedošlo k veľkolepým objavom. Od sedemdesiatych rokov, keď boli vynájdené lasery a masery (kvantové generátory), vedci vykonávali výskum a získali presnú rýchlosť. Súčasná hodnota je relevantná od roku 1983. Opravené iba malé chyby.
Galileo's Experience
Vedec z Talianska prekvapil všetkých vedcov tých rokov jednoduchosťou a genialitou svojich skúseností. Podarilo sa mu zmerať rýchlosť svetla pomocou bežných nástrojov, ktoré mal na dosah ruky.
Spolu so svojím asistentom vyšplhal na susedné kopce a predtým spočítal vzdialenosť medzi nimi. Vzali zapálené svietidlá a vybavili ich tlmičmi, ktoré otvárajú a zatvárajú svetlá. Naopak, otváranie a zatváranie svetla sa snažilo vypočítať rýchlosť svetla. Galileo a asistent vopred vedeli, s akým oneskorením otvoria a zatvoria svetlo. Keď jeden otvoríte, druhý urobí to isté.
Experiment však bol neúspechom. Aby to fungovalo, vedci by od seba museli stáť vo vzdialenosti miliónov kilometrov.
Skúsenosti Römera a Bradleyho
Táto štúdia už bola stručne napísaná vyššie. Toto je jedna z najprogresívnejších skúseností tej doby. Römer použil vedomosti z astronómie na meranie rýchlosti lúčov. Stalo sa to v roku 76 17. storočia.
Výskumník pozoroval ďalekohľad Io (satelit Jupitera). Objavil nasledujúci vzorec: čím viac sa naša planéta pohybuje smerom od Jupitera, tým väčšie je oneskorenie zatmenia Io. Najväčšie oneskorenie bolo 21-22 minút.
Za predpokladu, že satelit sa pohybuje ďalej vo vzdialenosti rovnej dĺžke priemeru obežnej dráhy, vedec rozdelil vzdialenosť podľa času. V dôsledku toho dostal 214 tisíc kilometrov za sekundu. Hoci sa táto štúdia považuje za veľmi približnú, pretože vzdialenosť bola približná, priblížila sa k aktuálnemu ukazovateľu.
V 18. storočí štúdiu doplnil James Bradley. Na to použil aberáciu - zmenu polohy kozmického tela v dôsledku pohybu Zeme okolo Slnka. James zmeral uhol aberácie a vzhľadom na rýchlosť našej planéty dostal hodnotu 301 tisíc kilometrov za sekundu.
Fizeau Experience
Vedci a bežní ľudia boli skeptickí voči skúsenostiam Römera a Jamesa Bradleyho. Napriek tomu boli výsledky najbližšie k pravde a boli relevantné viac ako storočie. V 19. storočí k meraniu tohto množstva prispel vedec z hlavného mesta Francúzska Arman Fizeau. Použil metódu rotačnej uzávierky. Rovnako ako Galileo Galilei so svojím asistentom Fizeau nesledoval nebeské telá, ale skúmal ich v laboratórnych podmienkach.
Princíp skúsenosti je jednoduchý. Na zrkadlo smeroval lúč svetla. Odrážajúc sa od neho svetlo prešlo zubami kolesa. Potom zasiahla ďalší odrazný povrch, ktorý sa nachádzal vo vzdialenosti 8,6 km. Koleso sa otáčalo, zvyšujúcou sa rýchlosťou, až kým nebol lúč viditeľný v nasledujúcej medzere. Po výpočtoch dostal vedec výsledok 313 000 km / s.
Neskôr štúdiu zopakoval francúzsky fyzik a astronóm Leon Foucault, ktorý dostal výsledok 298 000 km / s. Najpresnejší výsledok v tom čase. Neskoršie merania sa uskutočňovali pomocou laserov a masérov.
Je možná superluminálna rýchlosť?
Objekty sú rýchlejšie ako rýchlosť svetla. Napríklad slnečné lúče, tieň, vibrácie vĺn. Hoci teoreticky môžu vyvinúť superluminálnu rýchlosť, energia, ktorú vysielajú, sa nezhoduje s ich vektorom pohybu.
Ak svetelný lúč prechádza napríklad cez sklo alebo vodu, môžu ho elektróny predbehnúť. Nie sú obmedzené rýchlosťou pohybu. Preto sa za týchto podmienok svetlo nepohybuje rýchlejšie ako ktokoľvek iný.
Tento jav sa nazýva Vavilov-Cherenkovov efekt, Najčastejšie sa vyskytujú v hlbokých nádržiach a reaktoroch.