Скорость света в однородных изотропных диэлектриках

Значения других единиц, равные введённым выше

 открыть 

 свернуть 

Система СИ

Единицы:

километр в секунду
(км/с)

 /
метр в секунду
(м/с)

 /
километр в минуту

 /
метр в минуту

 /
километр в час
(км/ч)

 /
метр в час

 /
километр в год

 /
метр в год

 открыть 

 свернуть 

США и Британия

Единицы:

миля в секунду

 /
фут в секунду

 /
дюйм в секунду

 /
миля в минуту

 /
фут в минуту

 /
дюйм в минуту

 /
миля в час
(mph)

 /
фут в час

 /
дюйм в час

 /
миля в год

 /
фут в год

 /
дюйм в год

 открыть 

 свернуть 

Темп (разные виды спорта)

В разных видах спорта часто принято вместо скорости измерять темп, т.е. время, необходимое для преодоления заданного расстояния.

Единицы:

минут на километр

 /
секунд на километр

 /
время на километр
(HH:MM:SS)

 /
секунд на стометровку

 /
минут на милю

 /
секунд на милю

 /
время на милю
(HH:MM:SS)

 /
секунд на сто ярдов

 /
секунд на 500 метров (сплит в гребле)

 /
время на 500 метров (сплит в гребле)
(HH:MM:SS)

 открыть 

 свернуть 

Морские единицы

Единицы:

узел

 /
морская миля в час

 открыть 

 свернуть 

Прочее

Единицы:

скорость звука в воздухе

 /
скорость света в вакууме

Отражение и преломление s-поляризованный ЭМВ

Такое отражение и преломление изображено на рисунке 3.7.

Рисунок 3.7

При введении единичных векторов по направлению получим:

k=k·ek;k1=k1·ek1;k2=k1·ek2;(3.41).

Само направление векторов E1 и E2 не известно заранее. Сделаем это условно, как показано на рисунке 3.7. При наличии отрицательного знака направление векторов идет в противоположную сторону.

Отметим граничные условия для s-поляризации с опусканием s индексов:

E+E1=E2;H+H1·τ=H2·τ (3.42)-(3.43).

Введем обозначение Z=με в качестве волнового сопротивления (импеданса) среды. Его же значение для вакуума – Z=με=377 Ом. В отличие от электричества, оптика предлагает практически не применять понятие волнового сопротивления среды. Чтобы запись была удобной, ее оставляют в уравнении:

H=ek×E1Z (3.44).

По рисунку 3.7 видна связь τ; n; E:

τ=1E E×n (3.45).

Чтобы использовать далее (3.43), получим из (3.44), (3.45) скалярное произведение для любой из рассматриваемых волн:

H·τ=ek×E·E×n·1Z·E (3.46).

Учитывая известные формулы векторного анализа

A×B·C×D=(A·C)·B·D-A·D·B·C (3.47)

имеем:

H·τ=-Eek·n1Z (3.48).

Из (3.43) получим, что:

1Z1Eek·n+E1ek1·n=1Z2E2ek2·n3.49.

Запись соотношений (3.49), (3.42) примет вид:

1+E1E=E2Eek·n+E1E(ek1·n)=Z1Z2·E2E (ek2·n)(3.50).

Возьмем обозначение:

E1E≡R амплитудным коэффициентом отражения (3.51);

E2E≡T амплитудным коэффициентом пропускания (3.52).

Учитываем:

ek1·n=-ek·n;ek·n=cos θ;ek2·n=cos θ2;sin θ2=n1n2sin θ.(3.53).

Если n2>n1 (n21>1) система (3.50) обладает действительными решениями для всех углов q. При n2<n1 (n21<1) она характеризуется действительным решением только для углов sin θn<n21. Получаем:

Rs=Z2cosθ-Z1cosθ2Z2cosθ+Z1cosθ2;Ts=2Z2cos θZ2cosθ+Z1cos θ2;3.54-3.55.

(Обобщенные формулы Френеля для s-поляризации)

Диэлектрики с оптическим диапазоном μ1=μ2. Отсюда из (3.54), (3.55) выводим общепринятые формулы Френеля для диэлектриков с s-поляризацией:

Rs=-sinθ-θ2sinθ+θ2;Ts=2cosθsinθ2sinθ+θ2;3.56-3.57.

На рисунке 3.8 изображены графики зависимостей Rs(θ) и Tsθ для n2>n1.

Рисунок 3.8

Если свет отражается от диэлектрика с n2>n1, фаза отраженной волны проходит изменение на p. Когда происходит преломление, то фаза отсутствует.

Отражение света от диэлектрика с n2<n1 говорит о том, что не имеется скачка фазы на p для отраженной и для преломленной волн ( углы θ>θn, то есть при полном внутреннем отражении поведение фазы усложняется).

Так чему все же равна скорость распространения светового луча?

После многочисленных исследований, которые приводились с целью определения точного значения, чему равно СРС, были получены конкретные цифры. На сегодняшний день с = 1 079 252 848,8 километров/час или 299 792 458 м/c. а в планковских единицах данный параметр определяется как единица. Это означает, что энергия света за 1 единицу планковского времени проходит 1 планковскую единицу длины.

Формула значения постоянной

Но в физике для более простого способа решения задач используется округленное значение — 300 000 000 м/c.
Это правило в нормальных условиях касается всех объектов, а также рентгеновских лучей, гравитационных и световых волн видимого для нас спектра. Кроме этого ученые доказали, что частицы, обладающие массой, могут приближаться к скорости светового луча. Но они не в состоянии достичь ее или превысить.

Стоит отметить, что эта физическая константа зависит от того, в какой среде она измеряется, а именно от показателя преломления. Поэтому ее реальный показатель может разниться в зависимости от частот.

Как давно определили скорость света

Еще в XVII веке ученые пытались определить скорость света. Ранее астрономы предполагали, что лучи разносятся в пространстве мгновенно. В этом усомнился Галилео Галилей. Он поставил целью вычислить время прохождения лучом света определенного расстояния, равного восьми километрам. Но его опыты были неудачны. Исследования датского ученого О. Рёмера тоже не увенчались успехом. Он заметил временную разницу в затмениях спутников других планет в зависимости от положения Земли. Когда она находится дальше от другого космического объекта, то лучам света необходимо больше времени для достижения земной поверхности. Вычислить их скорость у него не получилось.

Впервые примерно подсчитать скорость света удалось англичанину Джеймсу Брэдли в XVIII веке. Этот астроном установил ее значение в 301 000 км/с. В прошлом столетии, используя теорию электромагнетизма Максвелла, ученые смогли точно вычислить значение скорости луча. Исследования проводились при использовании новейших лазерных технологий, учитывая коэффициенты их преломления. Рассчитанная скорость света оказалась равной 299 792 километров 458 метров в секунду. Это помогло определить удобную единицу измерения космического пространства.

Чему равна скорость света?

Скорость света во многом зависит от вещества, в котором распространяются лучи. В вакууме она имеет постоянное значение, а вот в прозрачной среде может иметь различные показатели.

Пространство в космосе

В воздухе или воде ее величина всегда меньше, чем в вакууме. К примеру, в реках и океанах скорость света составляет порядка ¾ от скорости в космосе. А в воздухе при давлении в 1 атмосферу – на 2 % меньше, чем в вакууме.

Подобное явление объясняется поглощением лучей в прозрачном пространстве и их повторным излучением заряженными частицами. Эффект называют рефракцией и активно используют при изготовлении телескопов, биноклей и другой оптической техники.

Если рассматривать конкретные вещества, то в дистиллированной воде скорость света составляет 226 тысяч километров в секунду. В оптическом стекле – около 196 тысяч километров в секунду.

Что такое скорость света?

Давайте для начала разберемся, что такое скорость света. По-научному, это такая величина, которая показывает, насколько быстро перемещаются лучи в вакууме или в воздухе. Также нужно знать, что такое свет. Это излучение, которое воспринимается человеческим глазом. От условий окружения зависит быстрота, а также другие свойства, например, преломление.

Интересный факт: свету требуется 1,25 секунды, чтобы добраться от Земли до спутника — Луны.

Свет от Луны до Земли

Метаматериалы с отрицательным индексом

В 60 годах 20 века появилась гипотеза о возможном существовании метаматериалов с отрицательной рефракцией. Метаматериалами называются вещества, которые благодаря искусственно созданной периодической структуре обладают свойствами, нехарактерными для обычных.

В начале 21 века их существование считается практически доказанным, многие ученые публикуют экспериментальные данные о получении подобных образцов. Считается, что они будут обладать такими свойствами:

1. В них будут отличаться направления фазовой и групповой скорости.
2. Вероятно преодоление дифракционного предела — минимального значения размера пятна, которое можно получить при фокусировке электромагнитных волн.

Как появляются и распространяются электромагнитные волны

Представьте себе неподвижный точечный заряд. Пусть его окружают еще много таких зарядов. Тогда он будет действовать на них с некоторой кулоновской силой (и они на него). А теперь представьте, что заряд сместился. Это приведет к изменению расстояния по отношению к другим зарядам, а, следовательно, и к изменению сил, действующих на них. В результате они тоже сместятся, но с некоторым запаздыванием. При этом начнут смещаться и другие заряды, которые взаимодействовали с ними. Так распространяется электромагнитные взаимодействия.

Теперь представьте, что заряд не просто сместился, а он начал быстро колебаться вдоль одной прямой. Тогда по характеру движения он будет напоминать шарик, подвешенный к пружине. Разница будет только в том, что колебания заряженных частиц происходят с очень высокой частотой.

Вокруг колеблющегося заряда начнет периодически изменяться электрическое поле. Очевидно, что период изменений этого поля, будет равен периоду колебаний заряда. Периодически меняющееся электрическое поле будет порождать периодически меняющееся магнитное поле. Это магнитное поле, в свою очередь, будет создавать переменное электрическое поле, но уже на большем расстояние от заряда, и т.д. В результате появления взаимно порождаемых полей в пространстве, окружающем заряд, возникает система взаимно перпендикулярных, периодически меняющихся электрических и магнитных полей. Так образуется электромагнитная волна, которая распространяется от колеблющегося заряда во все стороны.

Электромагнитная волна не похожа на те возмущения вещественной среды, которые вызывают механические волны. Посмотрите на рисунок. На нем изображены векторы напряженности →E и магнитной индукции →Bв различных точках пространства, лежащих на оси Oz, в фиксированный момент времени. Никаких гребней и впадин среды при этом не появляется.

В каждой точке пространства электрические и магнитные пол меняются во времени периодически. Чем дальше расположена точка от заряда, тем позднее ее достигнут колебания полей. Следовательно, на разных расстояниях от заряда колебания происходят с различными фазами. Колебания векторов →E и →B в любой точке совпадают по фазе.

Определение

Длина электромагнитной волны — расстояние между двумя ближайшими точками, в которых колебания происходят в одинаковых фазах.

Длина электромагнитной волны обозначается как λ. Единица измерения — м (метр).

Обратите внимание на рисунок выше. Векторы магнитной индукции и напряженности поля, являющиеся периодически изменяющимися величинами, в любой момент времени перпендикулярны направлению распространения волны

Следовательно, электромагнитная волна — поперечная волна.

Рефракция в драгоценных камнях

Благодаря высокому значению рефракции грани камней играют на свету. Это делает их более красивыми и интересными. Из натуральных камней наибольшую рефракцию имеет алмаз. В процессе его огранки мастера точно соблюдают соотношения граней, чтобы путь лучей света через камень был максимальным. Стоимость камня напрямую зависит от огранки, особенно из-за того, что значительная его часть теряется в этом процессе.

В США был выведен искусственный камень — муассанит. На сегодняшний день его коэффициент преломления является наибольшим среди минералов, применяемых в производстве драгоценностей. Он несколько раз выше, чем у бриллианта, но пользуется меньшей популярностью из-за ненатурального происхождения.

Cкорость света

Details

Category: Фотометрия

Published on Monday, 12 January 2015 15:54

Hits: 7240

Скоростью света называют расстояние, которое свет проходит за единицу времени. Эта величина зависит от того, в каком веществе распространяется свет.

В вакууме скорость света равна 299 792 458 м/с. Это наивысшая скорость, которая может быть достигнута. При решении задач, не требующих особой точности, эту величину принимают равной 300 000 000 м/с. Предполагается, что со скоростью света в вакууме распространяются все виды электромагнитного излучения: радиоволны, инфракрасное излучение, видимый свет, ультрафиолетовое излучение, рентгеновское излучение, гамма-излучение. Обозначают её буквой с.

Что такое скорость света?

В науке скоростью света называют быстроту перемещения лучей в воздушном пространстве или вакууме. Свет – это электромагнитное излучение, которое воспринимает глаз человека. Он способен передвигаться в любой среде, что оказывает прямое влияние на его скорость.

Попытки измерить эту величину предпринимались с давних времен. Ученые античной эпохи полагали, что скорость света является бесконечной. Такое же мнение высказывали и физики XVI–XVII веков, хотя уже тогда некоторые исследователи, такие как Роберт Гук и Галилео Галлилей, допускали конечность солнечных лучей.

Серьезный прорыв в изучении скорости света произошел благодаря датскому астроному Олафу Ремеру, который первым обратил внимание на запаздывание затмения спутника Юпитера Ио по сравнению с первичными расчетами. Что такое скорость передвижения света?

Что такое скорость передвижения света?

Тогда ученый определил примерное значение скорости, равное 220 тысячам метров в секунду. Более точно эту величину сумел вычислить британский астроном Джеймс Бредли, хотя и он слегка ошибся в расчетах.

В дальнейшем попытки рассчитать реальную скорость света предпринимали ученые из разных стран. Однако только в начале 1970-х годов с появлением лазеров и мазеров, имевших стабильную частоту излучения, исследователям удалось сделать точный расчет. А в 1983 году за основу было принято современное значение с корреляцией на относительную погрешность.

Значения других единиц, равные введённым выше

 открыть 

 свернуть 

Система СИ

Единицы:

километр в секунду
(км/с)

 /
метр в секунду
(м/с)

 /
километр в минуту

 /
метр в минуту

 /
километр в час
(км/ч)

 /
метр в час

 /
километр в год

 /
метр в год

 открыть 

 свернуть 

США и Британия

Единицы:

миля в секунду

 /
фут в секунду

 /
дюйм в секунду

 /
миля в минуту

 /
фут в минуту

 /
дюйм в минуту

 /
миля в час
(mph)

 /
фут в час

 /
дюйм в час

 /
миля в год

 /
фут в год

 /
дюйм в год

 открыть 

 свернуть 

Темп (разные виды спорта)

В разных видах спорта часто принято вместо скорости измерять темп, т.е. время, необходимое для преодоления заданного расстояния.

Единицы:

минут на километр

 /
секунд на километр

 /
время на километр
(HH:MM:SS)

 /
секунд на стометровку

 /
минут на милю

 /
секунд на милю

 /
время на милю
(HH:MM:SS)

 /
секунд на сто ярдов

 /
секунд на 500 метров (сплит в гребле)

 /
время на 500 метров (сплит в гребле)
(HH:MM:SS)

 открыть 

 свернуть 

Морские единицы

Единицы:

узел

 /
морская миля в час

 открыть 

 свернуть 

Прочее

Единицы:

скорость звука в воздухе

 /
скорость света в вакууме

Почему ничто не может преодолеть скорость света?

Если вы создадите или обнаружите объект, обладающий отличной от нуля массой или имеющий свойство каким-либо образом взаимодействовать с другими частицами, то вы изобретете машину времени. При этом ничего подобного в известном нам мире не наблюдалось ни разу. Упрощая научный язык, опишем ситуацию следующим образом:

Представим события X и Y, при этом событие X является причиной события Y, а Y, соответственно, является следствием X. Например, событие X — это вспышка сверхновой в далекой галактике, а Y — это регистрация ее частиц астрономами на Земле. Если расстояние между X и Y больше, чем время между ними (T), умноженное на скорость света (C), то в разных системах отсчета мы получим три разных результата:

1. Событие X произошло раньше события Y;
2. Событие Y произошло раньше события X;
3. События X и Y произошли одновременно.

Очевидно, что два последних варианта едва ли возможны с точки зрения современной науки, а значит ничто не может переместиться или передать информацию быстрее скорости света.

Впрочем, как насчет такой ситуации: вы берете очень мощный фонарик, направляете его на Марс, а в луче света двигаете палец — если вы делаете это достаточно быстро, то тень от вашего пальца «бегает» на поверхности Марса быстрее скорости света, что опровергает нашу теорию.

На самом деле, нет. Перемещение тени нельзя назвать перемещением объекта с массой, также как сама по себе тень ни с чем не взаимодействует, а является лишь отсутствием света. Фотоны же от вашего фонарика долетят до Марса с уже известной нам скоростью 299 792 458 метров в секунду.

Как измеряют скорость света?

Наблюдения Олаф Рёмера

Ученые античности в своем большинстве полагали, что свет движется с бесконечной скоростью, и первая оценка скорости света была получена аж в 1676-м году. Датский астроном Олаф Рёмер наблюдал за Юпитером и его спутниками. В момент, когда Земля и Юпитер оказались с противоположных сторон Солнца, затмение спутника Юпитера – Ио запаздывало на 22 минуты, по сравнению с рассчитанным временем. Единственное решение, которое нашел Олаф Рёмер – скорость света предельна. По этой причине информация о наблюдаемом событии запаздывает на 22 минуты, так как на прохождение расстояния от спутника Ио до телескопа астронома требуется некоторое время. Согласно подсчетам Рёмера скорость света составила 220 000 км/с.

Измерение скорости света Олафом Рёмером

Наблюдения Джеймса Брэдли

В 1727-м году английский астроном Джеймс Брэдли открыл явление аберрации света. Суть данного явления состоит в том, что при движении Земли вокруг Солнца, а также во время собственного вращения Земли наблюдается смещение звезд в ночном небе. Так как наблюдатель землянин и сама Земля постоянно меняют свое направление движения относительно наблюдаемой звезды, свет, излучаемый звездой, проходит различное расстояние и падает под разным углом к наблюдателю с течением времени. Ограниченность скорости света приводит к тому, что звезды на небосводе описывают эллипс в течение года. Данный эксперимент позволил Джеймсу Брэдли оценить скорость света — 308 000 км/с.

Звездная аберрация, обнаруженная Брэдли

Опыт Луи Физо

В 1849-м году французским физиком Луи Физо был поставлен лабораторный опыт по измерению скорости света. Физик установил зеркало в Париже на расстоянии 8 633 метров от источника, однако согласно расчетам Рёмера свет пройдет данное расстояние за стотысячные доли секунды. Подобная точность часов тогда была недостижима. Тогда Физо использовал зубчатое колесо, которое вращалось на пути от источника к зеркалу и от зеркала к наблюдателю, зубцы которого периодически закрывали свет. В случае, когда световой луч от источника к зеркалу проходил между зубцами, а на обратном пути попадал в зубец – физик увеличивал скорость вращения колеса вдвое. С увеличением скорости вращения колеса свет практически перестал пропадать, пока скорость вращения не дошла до 12,67 оборотов в секунду. В этот момент свет снова исчез.

Подобное наблюдение означало, что свет постоянно «натыкался» на зубцы и не успевал «проскочить» между ними. Зная скорость вращения колеса, количество зубцов и удвоенное расстояние от источника к зеркалу, Физо высчитал скорость света, которая оказалась равной 315 000 км/сек.

Схема опыта Луи Физо

Спустя год другой французский физик Леон Фуко провел похожий эксперимент, в котором вместо зубчатого колеса использовал вращающееся зеркало. Полученное ним значение скорости света в воздухе равнялось 298 000 км/с.

Спустя столетие метод Физо был усовершенствован настолько, что аналогичный эксперимент, поставленный в 1950-м году Э. Бергштрандом дал значение скорости равное 299 793,1 км/с. Данное число всего на 1 км/с расходится с нынешним значением скорости света.

Дальнейшие измерения

С возникновением лазеров и повышением точности измерительных приборов удалось снизить погрешность измерения вплоть до 1 м/с. Так в 1972-м году американские ученые использовали лазер для своих опытов. Измерив частоту и длину волны лазерного луча, им удалось получить значение – 299 792 458 м/с. Примечательно, что дальнейшее увеличение точности измерения скорости света в вакууме было нереализуемо в не в силу технического несовершенства инструментов, а из-за погрешности самого эталона метра. По этой причине в 1983-м году XVII Генеральная конференция по мерам и весам определила метр как расстояние, которое преодолевает свет в вакууме за время, равное 1 / 299 792 458 секунды.

Расстояние от Земли до Луны равняется 1,25 световых секунды

Дисперсия света

Дисперсия представляет собой зависимость показателя преломления от длины волны. Один из наиболее ярких примеров подобного явления — разложение света при прохождении через призму. В оптической среде скорость света меняется для разных частот, причем чем частота больше, тем больше рефракция и меньше скорость. Из видимого диапазона максимальной скоростью и минимальным преломлением обладает красный цвет, а фиолетовый, наоборот, наиболее низкой скоростью и высоким преломлением. Подобное правило не касается вакуума. В нем скорость света для разных частот одинаковая.

В некоторых веществах можно наблюдать пример аномальной дисперсии. Она характеризуется меньшим преломлением синих лучей, чем красных. Явление дисперсии при разложении белого цвета показывает, что на самом деле он состоит из комбинации всех остальных.

Разложение света на спектр происходит и при прохождении его через дифракционную решетку. Спектр в обоих случаях отличается. После прохождения через призму он сжимается в красной области и растягивается в фиолетовой. Дифракционный спектр равномерный для всех длин волн.

Явление дисперсии объясняет и факт наличия радуги после дождя. Она же является причиной хроматической аберрации — оптического недостатка, который проявляется во многих системах в том числе и фотоаппаратов в виде снижения плотности изображения и появления на нем цветных контуров.

Дисперсия света будет производной от этой функции: D = dn / dV.

Значения других единиц, равные введённым выше

 открыть 

 свернуть 

Система СИ

Единицы:

километр в секунду
(км/с)

 /
метр в секунду
(м/с)

 /
километр в минуту

 /
метр в минуту

 /
километр в час
(км/ч)

 /
метр в час

 /
километр в год

 /
метр в год

 открыть 

 свернуть 

США и Британия

Единицы:

миля в секунду

 /
фут в секунду

 /
дюйм в секунду

 /
миля в минуту

 /
фут в минуту

 /
дюйм в минуту

 /
миля в час
(mph)

 /
фут в час

 /
дюйм в час

 /
миля в год

 /
фут в год

 /
дюйм в год

 открыть 

 свернуть 

Темп (разные виды спорта)

В разных видах спорта часто принято вместо скорости измерять темп, т.е. время, необходимое для преодоления заданного расстояния.

Единицы:

минут на километр

 /
секунд на километр

 /
время на километр
(HH:MM:SS)

 /
секунд на стометровку

 /
минут на милю

 /
секунд на милю

 /
время на милю
(HH:MM:SS)

 /
секунд на сто ярдов

 /
секунд на 500 метров (сплит в гребле)

 /
время на 500 метров (сплит в гребле)
(HH:MM:SS)

 открыть 

 свернуть 

Морские единицы

Единицы:

узел

 /
морская миля в час

 открыть 

 свернуть 

Прочее

Единицы:

скорость звука в воздухе

 /
скорость света в вакууме

Как измеряли скорость света ранее

Попытки определить этот показатель предпринимались многими, но из-за низкого уровня развития науки сделать это ранее было проблематично. Так, ученые античности считали, что скорость света бесконечна, но позднее многие исследователи усомнились в этом постулате, что и привело к ряду попыток определить ее:

1. Галилей использовал фонарики. Чтобы рассчитать скорость распространения световых волн, он и его помощник находились на холмах, расстояние между которыми было определено точно. Затем один из участников открывал фонарь, второй должен был делать то же самое, как только увидел свет. Но такой метод не дал результатов из-за высокой скорости распространений волн и невозможности точно определить временной промежуток.

2. Олаф Ремер, астроном из Дании, при наблюдении за Юпитером заметил особенность. Когда Земля и Юпитер находились на противоположных точках орбит, затмение Ио (спутника Юпитера), запаздывало на 22 минуты в сравнении с самой планетой. Исходя из этого он сделал вывод, что быстрота распространения световых волн не бесконечна и имеет предел. По его расчетам показатель составил примерно 220 000 км в сек.

3. Примерно в тот же период английский астроном Джеймс Брэдли открыл явление аберрации света, когда из-за движения Земли вокруг Солнца, а также из-за вращения вокруг своей оси, из-за чего положение звезд на небосклоне и расстояние до них постоянно изменяются. В силу этих особенностей звезды описывают эллипс в течение каждого года. На основании расчетов и наблюдений астроном рассчитал скорость, она составила 308 000 км в секунду.

4. Луи Физо был первым, кто решил определить точный показатель посредством лабораторного опыта. Он установил стекло с зеркальной поверхностью на расстоянии 8633 м от источника, но так как расстояние небольшое, сделать точные расчеты времени было невозможно. Тогда ученый поставил зубчатое колесо, которое зубцами периодически закрывало свет. Меняя скорость движения колеса Физо установил, при какой скорости свет не успевает проскочить между зубцами и вернуться обратно. По его расчетам скорость составила 315 тысяч километров в секунду.

Что такое скорость света

Скорость распространения света в вакууме считают абсолютной величиной, отражающей быстроту распространения электромагнитных излучений. Она широко используется в физике и имеет обозначение в виде маленькой латинской буквы «с» (говорится «цэ»).

В вакууме скорость света используется для определения движения скорости разных частиц.

По мнению большинства исследователей и ученых скорость света в вакууме – это максимально возможная быстрота движения частиц и распространения различных типов излучения.

Что касается примеров явлений, они таковы:

1. Видимый свет, исходящий из любого источника.
2. Все виды электромагнитного излучения (например, рентгеновские лучи и радиоволны).
3. Гравитационные волны (тут мнения некоторых специалистов расходятся).

Многие виды частиц могут двигаться с околосветовой скоростью, но при этом не достигают ее.

Световой год — это мера расстояния

Первое, что нужно четко уяснить, — световой год это не мера времени, а мера расстояния в астрономии, такая же как метр или километр, миля или аршин в обычной жизни. Чтобы понять это, вспомните, как можно измерить расстояние, если нельзя это сделать напрямую, с помощью линейки или землемерного циркуля?

Как известно, расстояние, пройденное телом, равно скорости движения тела, умноженное на время движения (или s = v × t).

Теперь представьте, что вы пошли в магазин, до которого ровно три километра. И вы пошли со скоростью ровно 3 км/ч. Вопрос: за какое время вы дойдете до магазина? Очевидно, ровно за час! Поэтому можно сказать, что расстояние до магазина равно 3 км, а можно сказать, что оно равно 1 «человеческий час».

Но в «человеческих часах» расстояние никто не измеряет, потому что все мы ходим с разной скоростью. И даже один человек ходит по-разному: опаздывая на троллейбус, он почти бежит, а в парке неторопливо прогуливается. Значит, и время t, чтобы преодолеть расстояние до магазина, всегда будет разным.

Но что, если скорость движущегося тела будет всегда постоянна? Вне зависимости, куда, в каком направлении оно идет и при каких обстоятельствах проводятся измерения? Тогда, конечно, расстояние можно было бы измерять при помощи времени его перемещения, ведь в таком случае v в формуле постоянно и s зависит только от t.

Подождите, скажете вы, а разве есть такой объект, который движется всегда — всегда! — с постоянной скоростью?

Скорость света

Такой объект есть, и это свет! Как известно, скорость света в вакууме постоянна и равна 299 тысяч 792 километра и 458 метров в секунду или, округляя, 300000 км/с.

То есть за 1 секунду луч света проходит 300000 километров! Неплохо, правда? Если научиться каким-то образом измерять точное время, за которое свет преодолевает расстояние до объекта, то мы узнаем и расстояние до него!

Как это сделать? Ну, например, мы можем взять мощный лазер и посветить им в сторону Луны. Лазерный луч долетит до Луны, часть света отразится от ее поверхности и полетит в обратном направлении. В момент, когда он вернется на Землю и попадет в наши глаза, мы увидим на Луне световой зайчик. Если мы точно измерим промежуток времени между включением лазера и появлением на поверхности Луны зайчика, и умножим это время на скорость света, то мы узнаем расстояние, которое прошел лазер до Луны и обратно. Разделим это расстояние пополам и узнаем расстояние до Луны!

Лазерный луч, создающий в небе искусственную звезду для оценки состояния атмосферы. Скорость света этого луча постоянна! Но в атмосфере она несколько меньше, чем в вакууме. Фото: ESO

Примерно так астрономы в XX веке измерили многие расстояния в Солнечной системе. Например, они провели радиолокацию Венеры — послали в сторону планеты радиосигнал и дождались его возвращения назад. Радиоволны движутся со скоростью света, время возвращения ученые измерили очень тщательно и затем по формуле s = v × t посчитали расстояние между Землей и планетой Венера. Теперь мы знаем его с точностью в несколько метров.

Еще раз: почему вообще расстояние можно измерять при помощи света? Потому что скорость света в вакууме постоянна! (Тут надо бы добавить, в инерциальных системах отсчета, но не будем пока усложнять.) В отличие от скорости людей, автомобилей и ракет.

Похожие записи:

Двойка мечей Карта радости и покоя: 4 жезлов и ее значения в различных раскладах таро Откуда прилетел астероид, который убил динозавров? Закон хаббла Влияние светил на судьбу: как определить солнечные и лунные знаки зодиака? Новолуние в августе 2020 года