§ 17. скорость света

Свет – это электромагнитные волны с длиной волны в диапазоне между 380 и 760 нм, воспринимаемые человеческим глазом. Раздел физики, изучающий свойства света и его взаимодействие с веществом, называют оптикой.    

Впервые скорость света измерил датский астроном О. Рёмер в 1676 году. Регистрируя моменты времени, когда спутник Юпитера Ио выходит из тени Юпитера, Рёмер и его предшественники заметили отклонения от периодичности. При отдалении Земли от Юпитера моменты выхода Ио из тени Юпитера задерживались, по сравнению с предсказанными, и максимальная задержка составляла 1320 с, которая была необходима для распространения света через орбиту Земли (рис. 17а). Во времена Рёмера диаметр орбиты Земли считался равным примерно 292 000 000 км. Разделив это расстояние на 1320 секунд, Рёмер получил, что скорость света равна 222 000 км/с. Теперь известно, что максимальное запаздывание затмений Ио равно 996 с, а диаметр орбиты Земли составляет 300 000 000 км. Если внести эти поправки то, получается, что скорость света равна 300 000 км/с.

Скорость света в лабораторных условиях (без астрономических наблюдений) впервые была измерена французским физиком А.И.Л. Физо в 1849 году с помощью установки, изображённой на рис. 17б. В этой установке луч света от источника 1 падал на полупроницаемое зеркало 2 и отражался от него в сторону другого зеркала 3, находящегося на расстоянии 8,66 км. Луч, отражённый от зеркала 3, снова падал на полупроницаемое зеркало 2, проходил через него и попадал в глаз наблюдателя, 5. Между зеркалами 2 и 3 размещалось зубчатое колесо, 4, которое можно было вращать с заданной скоростью. При этом зубцы вращающегося колеса разбивали луч света на последовательность коротких вспышек – импульсов света.

В опытах Физо колесо вращали со всё возрастающей скоростью, и наступал такой момент, когда световой импульс, пройдя через промежуток между его зубцами и отразившись от зеркала 3, задерживался переместившимся за это время зубцом. В этом случае наблюдатель ничего не видел. При дальнейшем ускорении вращения зубчатого колеса свет снова появлялся, становился все ярче и, наконец, достигал максимальной интенсивности. На зубчатом колесе в опытах Физо, было 720 зубцов, а максимальной интенсивности свет достигал при 25 оборотах в секунду. На основании этих данных Физо вычислил скорость света, которая оказалась равной 312000 км/с.  

 Современные исследования показали, что скорость света в вакууме — фундаментальная физическая постоянная, равная 299 792 458 м/с. Скорость света обозначается буквой c – первой буквой латинского слова celeritas, означающего «быстрота». Как показали опыты, скорость света в вакууме не зависит ни от скорости движения источника света, ни от скорости движения наблюдателя. Поэтому за эталон метра принято расстояние, которое проходит свет в вакууме за промежуток времени, равный 1/299792458 секунды. Знание точной величины скорости света имеет большое практическое значение, например, для определения расстояний с помощью радиолокации в геодезии и в системах слежения за искусственными спутниками Земли и межпланетными космическими станциями.

Скорость света была измерена в различных прозрачных средах (воздухе, воде и др.), и оказалась, что во всех веществах она меньше, чем в вакууме. В природе со скоростью света распространяются не только собственно видимый свет, но и другие виды электромагнитного излучения (радиоволны, рентгеновские лучи и др.).

Вопросы для повторения:

·        Кто и как впервые измерил скорость света?

·        Как Физо измерил скорость света.

·        Чему приближённо равна скорость света?

·        Как соотносится скорость света в вакууме со скоростью света в остальных прозрачных средах?

 

 

 

Рис. 17. (а) - схематическое изображение Юпитера (1) и его спутника Ио (2), входящего и выходящего из тени (3), а также Земли (4) при её вращении вокруг Солнца; (б) – установка Физо для измерения скорости света (1, источник света; 2, полупрозрачное зеркало; 3, зеркало; 4, зубчатое колесо; 5, глаз наблюдателя).