Mnoho lidí vědělo o existenci takové koncepce, jako je „rychlost světla“ od raného dětství. Ale ne každý ví o tomto jevu podrobně.
Mnozí upozornili na skutečnost, že během bouřky existuje zpoždění mezi bleskem a zvukem hromu. Ohnisko se zpravidla dostane rychleji. To znamená, že má vyšší rychlost než zvuk. Jaký je důvod? Jaká je rychlost světla a jak se měří?
Jaká je rychlost světla?
Nejprve pochopíme, jaká je rychlost světla. Vědecky je to takové množství, které ukazuje, jak rychle se paprsky pohybují ve vakuu nebo ve vzduchu. Musíte také vědět, co je to světlo. Toto je záření, které je vnímáno lidským okem. Rychlost závisí na podmínkách prostředí, stejně jako na dalších vlastnostech, například lomu.
Zajímavý fakt: Cesta ze Země k satelitu, měsíci trvá 1,25 sekundy.
Jaká je podle vašich slov rychlost světla?
Jednoduše řečeno, rychlost světla je časové rozpětí, během kterého světelný paprsek projde jakoukoli vzdálenost. Čas se obvykle měří v sekundách. Někteří vědci však používají různé jednotky. Vzdálenost se také měří různými způsoby. V podstatě - jedná se o metr. To znamená, že tato hodnota je uvažována v m / s. Fyzika to vysvětluje takto: jev, který se pohybuje určitou rychlostí (konstantní).
Abychom to snáze pochopili, podívejme se na následující příklad. Cyklista se pohybuje rychlostí 20 km / h. Chce dohnat řidiče vozu, jehož rychlost je 25 km / h. Pokud počítáte, pak auto jede rychlostí 5 km / h rychleji než cyklista. S paprsky světla, věci jsou různé. Bez ohledu na to, jak rychle se první a druhý lidé pohybují, světlo se vzhledem k nim pohybuje konstantní rychlostí.
Jaká je rychlost světla?
Pokud není ve vakuu, ovlivňují světlo různé podmínky. Látka, kterou paprsky procházejí, včetně. Pokud se počet metrů za sekundu bez přístupu kyslíku nezmění, hodnota se změní v prostředí s přístupem vzduchu.
Světlo prochází pomaleji různými materiály, jako je sklo, voda a vzduch. Tento jev má index lomu, který popisuje, jak moc zpomalují pohyb světla. Sklo má index lomu 1,5, což znamená, že to světlo prochází rychlostí asi 200 tisíc kilometrů za sekundu. Index lomu vody je 1,3 a index lomu vzduchu je o něco více než 1, což znamená, že vzduch jen mírně zpomaluje světlo.
Proto po průchodu vzduchem nebo kapalinou se rychlost zpomaluje a stává se méně než ve vakuu. Například v různých nádržích je rychlost pohybu paprsků 0,75 rychlosti v prostoru. Také při standardním tlaku 1,01 baru se rychlost zpomaluje o 1,5 až 2%. To znamená, že za suchozemských podmínek se rychlost světla mění v závislosti na okolních podmínkách.
Pro takový jev přišli se zvláštním konceptem - lomem. To je lom světla. Je široce používán v různých vynálezech. Například refraktor je dalekohled s optickým systémem. S pomocí tohoto jsou také vytvářeny dalekohledy a další vybavení, jehož podstatou práce je použití optiky.
Obecně lze nejmenší paprsek lomit průchodem běžným vzduchem. Při průchodu speciálně vytvořeným optickým sklem je rychlost přibližně 195 tisíc kilometrů za sekundu. To je téměř o 105 tisíc km / s méně než konstanta.
Nejpřesnější hodnota rychlosti světla
Fyzici v průběhu let získali zkušenosti s výzkumem rychlosti světelných paprsků. V současné době je nejpřesnější hodnota rychlosti světla 299 792 kilometrů za sekundu. Konstanta byla založena v roce 1933. Číslo je stále relevantní.
S určováním ukazatele však vyvstaly další potíže.Bylo to kvůli chybě měřiče. Nyní samotný měřič přímo závisí na rychlosti světla. Rovná se vzdálenosti, kterou paprsky cestují za určitý počet sekund - 1 / rychlost světla.
Jaká je rychlost světla ve vakuu?
Protože světlo není ovlivněno různými podmínkami ve vakuu, jeho rychlost se nemění stejně jako na Zemi. Rychlost světla ve vakuu je 299 792 kilometrů za sekundu. Tento ukazatel je limit. Předpokládá se, že se nic na světě nemůže pohybovat rychleji, dokonce i kosmická těla, která se pohybují docela rychle.
Například bojovník Boeing X-43, který překračuje rychlost zvuku téměř 10krát (více než 11 tisíc km / h), letí pomaleji než paprsek. Ten se pohybuje rychleji o více než 96 tisíc kilometrů za hodinu.
Jak byla měřena rychlost světla?
První vědci se pokusili změřit tuto hodnotu. Byly použity různé metody. V období starověku vědní lidé věřili, že je nekonečné, a proto je nemožné jej změřit. Tento názor zůstal po dlouhou dobu až do 16. až 17. století. V těch dnech se objevili další vědci, kteří navrhli, že paprsek má konec a že rychlost může být měřena.
Slavný astronom z Dánska Olaf Roemer přinesl poznání rychlosti světla na novou úroveň. Všiml si, že zatmění Jupiterova měsíce je pozdě. Dříve tomu nikdo nevěnoval pozornost. Následně se rozhodl vypočítat rychlost.
Navrhl přibližnou rychlost, která se rovnala asi 220 tisíc kilometrům za sekundu. Později se studie ujal vědec z Anglie James Bradley. Ačkoli neměl úplně pravdu, mírně se přiblížil současným výsledkům výzkumu.
Po nějaké době se většina vědců o toto množství zajímala. Do výzkumu se zapojili lidé z různých zemí. Až do 70. let 20. století však nedošlo k velkolepým objevům. Od sedmdesátých let, kdy byly vynalezeny lasery a masery (kvantové generátory), vědci prováděli výzkum a získali přesnou rychlost. Současná hodnota je relevantní od roku 1983. Opraveny pouze malé chyby.
Galileo's Experience
Vědec z Itálie překvapil všechny vědce té doby jednoduchostí a genialitou svých zkušeností. Podařilo se mu změřit rychlost světla pomocí běžných nástrojů, které měl na dosah ruky.
Spolu se svým asistentem vyšplhal na sousední kopce a předtím vypočítal vzdálenost mezi nimi. Vzali osvětlené lucerny a vybavili je tlumiči, které otevírají a zavírají světla. Na oplátku se otevírali a zavírali světlo a snažili se vypočítat rychlost světla. Galileo a asistentka předem věděli, s jakým zpožděním otevřou a zavřou světlo. Když se jeden otevře, druhý udělá totéž.
Experiment však byl neúspěchem. Aby to fungovalo, museli by vědci stát od sebe miliony kilometrů.
Zkušenost Römera a Bradleyho
Tato studie již byla stručně napsána výše. To je jedna z nejprogresivnějších zkušeností té doby. Römer použil znalosti v astronomii k měření rychlosti paprsků. Stalo se to v roce 76 17. století.
Výzkumník pozoroval dalekohledem Io (satelit Jupitera). Objevil následující vzorec: čím více se naše planeta pohybuje od Jupiteru, tím větší je zpoždění zatmění Io. Největší zpoždění bylo 21-22 minut.
Za předpokladu, že se satelit pohybuje dál ve vzdálenosti rovné délce průměru oběžné dráhy, vědec tuto vzdálenost rozdělil podle času. V důsledku toho dostal 214 tisíc kilometrů za sekundu. Přestože je tato studie považována za velmi přibližnou, protože vzdálenost byla přibližná, přiblížila se aktuálnímu ukazateli.
V 18. století studie doplnil James Bradley. K tomu použil aberaci - změnu polohy kosmického těla v důsledku pohybu Země kolem Slunce. James změřil úhel aberace a vzhledem k rychlosti naší planety získal hodnotu 301 tisíc kilometrů za sekundu.
Fizeau Experience
Výzkumníci a obyčejní lidé byli skeptičtí vůči zkušenostem Römera a Jamese Bradleyho. Přesto byly výsledky nejblíže k pravdě a relevantní po více než století. V 19. století přispěl k měření tohoto množství Arman Fizeau, vědec z hlavního města Francie v Paříži. Použil metodu rotační závěrky. Stejně jako Galileo Galilei se svým asistentem Fizeau nedodržoval nebeská těla, ale zkoumal je v laboratorních podmínkách.
Princip zkušenosti je jednoduchý. Na zrcadlo byl zaměřen paprsek světla. Odrážející se od něj světlo prošlo zuby kola. Poté zasáhla další odraznou plochu, která byla umístěna ve vzdálenosti 8,6 km. Kolo se otáčelo, zvyšující se rychlost, až byl paprsek viditelný v další mezeře. Po výpočtech dostal vědec výsledek 313 tisíc km / s.
Později byla studie zopakována francouzským fyzikem a astronomem Leonem Foucaultem s výsledkem 298 tisíc km / s. Nejpřesnější výsledek v té době. Pozdější měření byla prováděna pomocí laserů a masérů.
Je možná superluminální rychlost?
Existují objekty rychlejší než rychlost světla. Například sluneční paprsky, stín, vibrace vln. Ačkoli teoreticky mohou vyvinout superluminální rychlost, energie, kterou vysílají, se neshodují s jejich pohybovým vektorem.
Pokud světelný paprsek prochází například sklem nebo vodou, mohou jej předjíždět elektrony. Nejsou omezeny v rychlosti pohybu. Za těchto podmínek se tedy světlo nepohybuje rychleji než kdokoli jiný.
Tento jev se nazývá Vavilov-Cherenkovův efekt. Nejčastěji se vyskytují v hlubokých nádržích a reaktorech.