Qual è la velocità della luce nella benzina? Qual è la velocità della luce

Il XIX secolo vide numerosi esperimenti scientifici che portarono alla scoperta di numerosi nuovi fenomeni. Tra questi fenomeni c'è la scoperta di Hans Oersted della generazione dell'induzione magnetica mediante corrente elettrica. Più tardi, Michael Faraday scoprì l'effetto opposto, chiamato induzione elettromagnetica.

Le equazioni di James Maxwell: la natura elettromagnetica della luce

Come risultato di queste scoperte, fu notata la cosiddetta “interazione a distanza”, da cui nacque la nuova teoria dell’elettromagnetismo formulata da Wilhelm Weber, basata sull’azione a lungo raggio. Successivamente Maxwell definì il concetto di campo elettrico e magnetico, che sono in grado di generarsi a vicenda, ovvero un'onda elettromagnetica. Successivamente, Maxwell utilizzò la cosiddetta “costante elettromagnetica” nelle sue equazioni: Con.

A quel punto, gli scienziati si erano già avvicinati al fatto che la luce è di natura elettromagnetica. Il significato fisico della costante elettromagnetica è la velocità di propagazione delle eccitazioni elettromagnetiche. Con sorpresa dello stesso James Maxwell, il valore misurato di questa costante negli esperimenti con cariche e correnti unitarie si è rivelato uguale alla velocità della luce nel vuoto.

Prima di questa scoperta, l’umanità separava luce, elettricità e magnetismo. La generalizzazione di Maxwell ci ha permesso di dare uno sguardo nuovo alla natura della luce, come un frammento di campi elettrici e magnetici che si propaga indipendentemente nello spazio.

La figura seguente mostra un diagramma della propagazione di un'onda elettromagnetica, anch'essa leggera. Qui H è il vettore dell'intensità del campo magnetico, E è il vettore dell'intensità del campo elettrico. Entrambi i vettori sono perpendicolari tra loro, nonché alla direzione di propagazione delle onde.

Esperimento di Michelson: l'assolutezza della velocità della luce

La fisica di quel tempo era in gran parte costruita sul principio di relatività di Galileo, secondo il quale le leggi della meccanica appaiono le stesse in qualsiasi sistema di riferimento inerziale scelto. Allo stesso tempo, secondo la somma delle velocità, la velocità di propagazione dovrebbe dipendere dalla velocità della sorgente. Tuttavia, in questo caso, l'onda elettromagnetica si comporterebbe diversamente a seconda della scelta del sistema di riferimento, il che viola il principio di relatività di Galileo. Pertanto, la teoria apparentemente ben formata di Maxwell era in uno stato traballante.

Gli esperimenti hanno dimostrato che la velocità della luce in realtà non dipende dalla velocità della sorgente, il che significa che è necessaria una teoria in grado di spiegare un fatto così strano. La migliore teoria a quel tempo si rivelò essere la teoria dell '"etere" - un certo mezzo in cui la luce si propaga, proprio come il suono si propaga nell'aria. Quindi la velocità della luce sarebbe determinata non dalla velocità di movimento della sorgente, ma dalle caratteristiche del mezzo stesso: l'etere.

Sono stati intrapresi molti esperimenti per scoprire l'etere, il più famoso dei quali è l'esperimento del fisico americano Albert Michelson. In breve, è noto che la Terra si muove nello spazio. Allora è logico supporre che si muova anche attraverso l'etere, poiché il completo attaccamento dell'etere alla Terra non è solo il più alto grado di egoismo, ma semplicemente non può essere causato da nulla. Se la Terra si muove attraverso un determinato mezzo in cui si propaga la luce, è logico supporre che qui avvenga l'addizione delle velocità. Cioè, la propagazione della luce deve dipendere dalla direzione del movimento della Terra, che vola attraverso l'etere. Come risultato dei suoi esperimenti, Michelson non scoprì alcuna differenza tra la velocità di propagazione della luce in entrambe le direzioni dalla Terra.

Il fisico olandese Hendrik Lorentz ha cercato di risolvere questo problema. Secondo la sua ipotesi, il “vento etereo” influenzava i corpi in modo tale da ridurne le dimensioni nella direzione del loro movimento. Sulla base di questo presupposto, sia la Terra che il dispositivo di Michelson hanno subito questa contrazione di Lorentz, a seguito della quale Albert Michelson ha ottenuto la stessa velocità di propagazione della luce in entrambe le direzioni. E anche se Lorentz riuscì in qualche modo a ritardare la morte della teoria dell’etere, gli scienziati ritenevano ancora che questa teoria fosse “inverosimile”. Pertanto, si supponeva che l’etere avesse una serie di proprietà “da favola”, tra cui l’assenza di gravità e l’assenza di resistenza ai corpi in movimento.

La fine della storia dell’etere avvenne nel 1905 con la pubblicazione dell’articolo “Sull’elettrodinamica dei corpi in movimento” dell’allora poco conosciuto Albert Einstein.

La teoria della relatività speciale di Albert Einstein

Il ventiseienne Albert Einstein espresse una visione completamente nuova e diversa sulla natura dello spazio e del tempo, che andava contro le idee dell’epoca e in particolare violava gravemente il principio di relatività di Galileo. Secondo Einstein, l'esperimento di Michelson non ha dato risultati positivi perché lo spazio e il tempo hanno proprietà tali che la velocità della luce è un valore assoluto. Cioè, qualunque sia il sistema di riferimento in cui si trova l'osservatore, la velocità della luce rispetto a lui è sempre la stessa, 300.000 km/sec. Da ciò è derivata l'impossibilità di applicare l'addizione delle velocità in relazione alla luce: non importa quanto velocemente si muova la sorgente luminosa, la velocità della luce non cambierà (aggiunge o sottrae).

Einstein usò la contrazione di Lorentz per descrivere i cambiamenti nei parametri dei corpi che si muovono a velocità prossime a quella della luce. Quindi, ad esempio, la lunghezza di tali corpi diminuirà e il loro tempo rallenterà. Il coefficiente di tali variazioni è chiamato fattore di Lorentz. La famosa formula di Einstein E=mc2 in realtà include anche il fattore di Lorentz ( E= ymc 2), che in generale è uguale all'unità nel caso in cui la velocità del corpo v uguale a zero. Man mano che la velocità del corpo si avvicina v alla velocità della luce C Fattore di Lorentz sì corre verso l'infinito. Ne consegue che per accelerare un corpo alla velocità della luce sarà necessaria una quantità infinita di energia, e quindi è impossibile superare questo limite di velocità.

C’è anche un argomento a favore di questa affermazione chiamato “relatività della simultaneità”.

Paradosso della relatività della simultaneità di SRT

In breve, il fenomeno della relatività della simultaneità è che orologi che si trovano in punti diversi dello spazio possono funzionare “allo stesso tempo” solo se si trovano nello stesso sistema di riferimento inerziale. Cioè, l'ora dell'orologio dipende dalla scelta del sistema di riferimento.

Da ciò consegue il paradosso che l'evento B, che è una conseguenza dell'evento A, può verificarsi contemporaneamente ad esso. Inoltre, è possibile scegliere i sistemi di riferimento in modo tale che l'evento B si verifichi prima dell'evento A che lo ha causato. Tale fenomeno viola il principio di causalità, che è fermamente radicato nella scienza e non è mai stato messo in discussione. Tuttavia, questa situazione ipotetica si osserva solo nel caso in cui la distanza tra gli eventi A e B è maggiore dell'intervallo di tempo tra loro moltiplicato per la “costante elettromagnetica” - Con. Quindi, la costante C, che è uguale alla velocità della luce, è la velocità massima di trasmissione delle informazioni. In caso contrario verrebbe violato il principio di causalità.

Come si misura la velocità della luce?

Osservazioni di Olaf Roemer

La maggior parte degli scienziati dell'antichità credeva che la luce si muovesse a velocità infinita e la prima stima della velocità della luce fu ottenuta già nel 1676. L'astronomo danese Olaf Roemer osservò Giove e le sue lune. Nel momento in cui la Terra e Giove si trovavano sui lati opposti del Sole, l'eclissi della luna di Giove Io è stata ritardata di 22 minuti rispetto al tempo calcolato. L'unica soluzione trovata da Olaf Roemer è che la velocità della luce è limitante. Per questo motivo, le informazioni sull’evento osservato vengono ritardate di 22 minuti, poiché occorre del tempo per percorrere la distanza dal satellite Io al telescopio dell’astronomo. Secondo i calcoli di Roemer la velocità della luce era di 220.000 km/s.

Osservazioni di James Bradley

Nel 1727, l'astronomo inglese James Bradley scoprì il fenomeno dell'aberrazione della luce. L'essenza di questo fenomeno è che mentre la Terra si muove attorno al Sole, così come durante la rotazione della Terra, si osserva uno spostamento delle stelle nel cielo notturno. Poiché l'osservatore terrestre e la Terra stessa cambiano costantemente la direzione del loro movimento rispetto alla stella osservata, la luce emessa dalla stella percorre distanze diverse e cade verso l'osservatore con angoli diversi nel tempo. La velocità limitata della luce porta al fatto che le stelle nel cielo descrivono un'ellisse durante tutto l'anno. Questo esperimento ha permesso a James Bradley di stimare la velocità della luce: 308.000 km/s.

L'esperienza di Louis Fizeau

Nel 1849, il fisico francese Louis Fizeau condusse un esperimento di laboratorio per misurare la velocità della luce. Il fisico ha installato uno specchio a Parigi a una distanza di 8.633 metri dalla sorgente, ma secondo i calcoli di Roemer la luce percorrerà questa distanza in centomillesimi di secondo. Allora una tale precisione dell'orologio era irraggiungibile. Fizeau utilizzava quindi una ruota dentata che ruotava nel percorso dalla sorgente allo specchio e dallo specchio all'osservatore, i cui denti bloccavano periodicamente la luce. Nel caso in cui un raggio di luce dalla sorgente allo specchio passasse tra i denti e sulla via del ritorno colpisse un dente, il fisico raddoppiò la velocità di rotazione della ruota. Man mano che la velocità di rotazione della ruota aumentava, la luce quasi smetteva di scomparire finché la velocità di rotazione non raggiungeva i 12,67 giri al secondo. In questo momento la luce scomparve di nuovo.

Tale osservazione significava che la luce “urtava” costantemente contro i denti e non aveva il tempo di “scivolare” tra di loro. Conoscendo la velocità di rotazione della ruota, il numero dei denti e il doppio della distanza dalla sorgente allo specchio, Fizeau calcolò la velocità della luce, che risultò pari a 315.000 km/sec.

Un anno dopo, un altro fisico francese, Leon Foucault, condusse un esperimento simile in cui usò uno specchio rotante invece di una ruota dentata. Il valore da lui ottenuto per la velocità della luce nell'aria fu di 298.000 km/s.

Un secolo dopo, il metodo di Fizeau venne perfezionato a tal punto che un esperimento simile effettuato nel 1950 da E. Bergstrand diede un valore di velocità di 299.793,1 km/s. Questo numero differisce solo di 1 km/s dal valore attuale della velocità della luce.

Ulteriori misurazioni

Con l'avvento dei laser e la crescente precisione degli strumenti di misura, è stato possibile ridurre l'errore di misura fino a 1 m/s. Così nel 1972, gli scienziati americani usarono un laser per i loro esperimenti. Misurando la frequenza e la lunghezza d'onda del raggio laser, sono riusciti a ottenere un valore di 299.792.458 m/s. È interessante notare che un ulteriore aumento della precisione della misurazione della velocità della luce nel vuoto era impossibile, non a causa delle imperfezioni tecniche degli strumenti, ma a causa dell'errore dello standard del misuratore stesso. Per questo motivo, nel 1983, la XVII Conferenza Generale dei Pesi e delle Misure definì il metro come la distanza che la luce percorre nel vuoto in un tempo pari a 1/299.792.458 di secondo.

Riassumiamo

Quindi, da tutto quanto sopra ne consegue che la velocità della luce nel vuoto è una costante fisica fondamentale che appare in molte teorie fondamentali. Questa velocità è assoluta, cioè non dipende dalla scelta del sistema di riferimento, ed è pari anche alla velocità massima di trasmissione delle informazioni. A questa velocità si muovono non solo le onde elettromagnetiche (luce), ma anche tutte le particelle prive di massa. Compreso, presumibilmente, il gravitone, una particella delle onde gravitazionali. Tra l’altro, a causa degli effetti relativistici, il tempo della luce si ferma letteralmente.

Tali proprietà della luce, in particolare l'inapplicabilità del principio di addizione delle velocità, non si adattano alla testa. Tuttavia, molti esperimenti confermano le proprietà sopra elencate e una serie di teorie fondamentali si basano proprio su questa natura della luce.

Molto prima che gli scienziati misurassero la velocità della luce, dovettero lavorare duro per definire il concetto stesso di “luce”. Uno dei primi a pensarci fu Aristotele, che considerava la luce una sorta di sostanza mobile che si diffonde nello spazio. Il suo antico collega e seguace romano Lucrezio Caro insisteva sulla struttura atomica della luce.

Nel XVII secolo si erano formate due teorie principali sulla natura della luce: corpuscolare e ondulatoria. Newton fu uno dei sostenitori del primo. Secondo lui tutte le sorgenti luminose emettono minuscole particelle. Nel processo di "volo" formano linee luminose - raggi. Il suo avversario, lo scienziato olandese Christiaan Huygens, insisteva sul fatto che la luce è un tipo di movimento ondulatorio.

Come risultato di controversie secolari, gli scienziati sono giunti a un consenso: entrambe le teorie hanno diritto alla vita e la luce è uno spettro di onde elettromagnetiche visibili all'occhio.

Un po' di storia Come è stata misurata la velocità della luce?

La maggior parte degli scienziati antichi erano convinti che la velocità della luce fosse infinita. Tuttavia, i risultati delle ricerche di Galileo e Hooke ne hanno consentito la natura estrema, che fu chiaramente confermata nel XVII secolo dall'eccezionale astronomo e matematico danese Olaf Roemer.

Fece le sue prime misurazioni osservando le eclissi di Io, il satellite di Giove, in un momento in cui Giove e la Terra si trovavano su lati opposti rispetto al Sole. Roemer registrò che quando la Terra si allontanava da Giove di una distanza pari al diametro dell'orbita terrestre, il tempo di ritardo cambiava. Il valore massimo era 22 minuti. Come risultato dei calcoli, ha ottenuto una velocità di 220.000 km/s.

50 anni dopo, nel 1728, grazie alla scoperta dell'aberrazione, l'astronomo inglese J. Bradley “perfezionò” questa cifra a 308.000 km/sec. Successivamente, la velocità della luce fu misurata dagli astrofisici francesi François Argot e Leon Foucault, ottenendo una velocità di 298.000 km/sec. Una tecnica di misurazione ancora più accurata è stata proposta dal creatore dell'interferometro, il famoso fisico americano Albert Michelson.

Esperimento di Michelson per determinare la velocità della luce

Gli esperimenti durarono dal 1924 al 1927 e consistevano in 5 serie di osservazioni. L'essenza dell'esperimento era la seguente. Una sorgente luminosa, uno specchio e un prisma ottagonale rotante furono installati sul Monte Wilson nelle vicinanze di Los Angeles, e uno specchio riflettente fu installato 35 km più tardi sul Monte San Antonio. Inizialmente, la luce attraverso una lente e una fenditura colpisce un prisma rotante con un rotore ad alta velocità (a una velocità di 528 giri al minuto).

I partecipanti agli esperimenti potevano regolare la velocità di rotazione in modo che l'immagine della sorgente luminosa fosse chiaramente visibile nell'oculare. Poiché erano note la distanza tra i vertici e la frequenza di rotazione, Michelson determinò la velocità della luce: 299.796 km/sec.

Alla fine gli scienziati decisero sulla velocità della luce nella seconda metà del XX secolo, quando furono creati maser e laser, caratterizzati dalla massima stabilità della frequenza della radiazione. All'inizio degli anni '70 l'errore di misurazione era sceso a 1 km/sec. Di conseguenza, su raccomandazione della XV Conferenza Generale dei Pesi e delle Misure, tenutasi nel 1975, si decise di assumere che la velocità della luce nel vuoto sia ora pari a 299792,458 km/sec.

La velocità della luce è raggiungibile per noi?

Ovviamente, l'esplorazione degli angoli più remoti dell'Universo è impensabile senza astronavi che volano a velocità enormi. Preferibilmente alla velocità della luce. Ma è possibile?

La velocità della barriera luminosa è una delle conseguenze della teoria della relatività. Come sai, aumentare la velocità richiede una maggiore energia. La velocità della luce richiederebbe un’energia virtualmente infinita.

Purtroppo, le leggi della fisica sono categoricamente contrarie a questo. Alla velocità di 300.000 km/sec dell'astronave, le particelle che volano verso di essa, ad esempio gli atomi di idrogeno, si trasformano in una fonte mortale di potenti radiazioni pari a 10.000 sievert/sec. È più o meno come trovarsi all'interno del Large Hadron Collider.

Secondo gli scienziati della Johns Hopkins University, in natura non esiste una protezione adeguata da tali mostruose radiazioni cosmiche. La distruzione della nave sarà completata dall'erosione dovuta agli effetti della polvere interstellare.

Un altro problema con la velocità della luce è la dilatazione del tempo. La vecchiaia diventerà molto più lunga. Anche il campo visivo sarà distorto, per cui la traiettoria della nave passerà come all'interno di un tunnel, al termine del quale l'equipaggio vedrà un lampo splendente. Dietro la nave ci sarà un'oscurità assoluta.

Quindi nel prossimo futuro l’umanità dovrà limitare i suoi “appetiti” di velocità al 10% della velocità della luce. Ciò significa che ci vorranno circa 40 anni per raggiungere la stella più vicina alla Terra, Proxima Centauri (4,22 anni luce).

Nel 1676 l'astronomo danese Ole Römer fece la prima stima approssimativa della velocità della luce. Roemer notò una leggera discrepanza nella durata delle eclissi delle lune di Giove e concluse che il movimento della Terra, avvicinandosi o allontanandosi da Giove, cambiava la distanza che la luce riflessa dalle lune doveva percorrere.

Misurando l'entità di questa discrepanza, Roemer calcolò che la velocità della luce è di 219.911 chilometri al secondo. In un successivo esperimento del 1849, il fisico francese Armand Fizeau scoprì che la velocità della luce era di 312.873 chilometri al secondo.

Come mostrato nella figura sopra, l'apparato sperimentale di Fizeau consisteva in una sorgente luminosa, uno specchio traslucido che riflette solo metà della luce che cade su di esso, consentendo al resto di passare attraverso un ingranaggio rotante e uno specchio fisso. Quando la luce colpiva lo specchio traslucido, veniva riflessa su una ruota dentata, che divideva la luce in raggi. Dopo essere passato attraverso un sistema di lenti focalizzanti, ciascun raggio di luce veniva riflesso da uno specchio fisso e ritornava alla ruota dentata. Effettuando misurazioni precise della velocità con cui la ruota dentata bloccava i raggi riflessi, Fizeau riuscì a calcolare la velocità della luce. Il suo collega Jean Foucault migliorò questo metodo un anno dopo e scoprì che la velocità della luce è di 297.878 chilometri al secondo. Questo valore differisce poco dal valore moderno di 299.792 chilometri al secondo, che viene calcolato moltiplicando la lunghezza d'onda e la frequenza della radiazione laser.

L'esperimento di Fizeau

Come mostrato nelle immagini sopra, la luce viaggia in avanti e ritorna indietro attraverso lo stesso spazio tra i denti della ruota quando la ruota gira lentamente (immagine in basso). Se la ruota gira velocemente (immagine in alto), un ingranaggio adiacente blocca la luce di ritorno.

I risultati di Fizeau

Posizionando lo specchio a 8,64 chilometri dall'ingranaggio, Fizeau determinò che la velocità di rotazione dell'ingranaggio necessaria per bloccare il raggio di luce di ritorno era di 12,6 giri al secondo. Conoscendo queste cifre, nonché la distanza percorsa dalla luce e la distanza che l'ingranaggio doveva percorrere per bloccare il fascio luminoso (pari all'ampiezza dello spazio tra i denti della ruota), calcolò che il fascio luminoso impiegava 0,000055 secondi per percorrere la distanza dall'ingranaggio allo specchio e ritorno. Dividendo a questo punto la distanza totale percorsa dalla luce di 17,28 chilometri, Fizeau ottenne un valore per la sua velocità di 312873 chilometri al secondo.

L'esperimento di Foucault

Nel 1850, il fisico francese Jean Foucault migliorò la tecnica di Fizeau sostituendo la ruota dentata con uno specchio rotante. La luce proveniente dalla sorgente raggiungeva l'osservatore solo quando lo specchio completava una rotazione completa di 360° durante l'intervallo di tempo tra la partenza e il ritorno del fascio luminoso. Utilizzando questo metodo, Foucault ottenne un valore per la velocità della luce di 297878 chilometri al secondo.

L'accordo finale nella misurazione della velocità della luce.

L'invenzione dei laser ha consentito ai fisici di misurare la velocità della luce con una precisione molto maggiore che mai. Nel 1972, gli scienziati del National Institute of Standards and Technology misurarono attentamente la lunghezza d'onda e la frequenza di un raggio laser e registrarono che la velocità della luce, il prodotto di queste due variabili, era di 299.792.458 metri al secondo (186.282 miglia al secondo). Una delle conseguenze di questa nuova misurazione fu la decisione della Conferenza Generale dei Pesi e delle Misure di adottare come metro standard (3,3 piedi) la distanza percorsa dalla luce in 1/299.792.458 di secondo. Così / la velocità della luce, la costante fondamentale più importante in fisica, viene ora calcolata con un'affidabilità molto elevata e il metro di riferimento può essere determinato in modo molto più accurato che mai.

Davvero, come? Come misurare la velocità massima in Universo nelle nostre modeste condizioni terrene? Non abbiamo più bisogno di scervellarci su questo argomento: dopotutto, per diversi secoli, così tante persone hanno lavorato su questo problema, sviluppando metodi per misurare la velocità della luce. Iniziamo la storia in ordine.

Velocità della luce– velocità di propagazione delle onde elettromagnetiche nel vuoto. Si indica con la lettera latina C. La velocità della luce è di circa 300.000.000 m/s.

All'inizio nessuno pensava alla questione della misurazione della velocità della luce. C'è luce: è fantastico. Quindi, nell'era dell'antichità, l'opinione prevalente tra i filosofi scientifici era che la velocità della luce fosse infinita, cioè istantanea. Poi è successo Medioevo con l’Inquisizione, quando la questione principale per le persone pensanti e progressiste era “Come evitare di rimanere intrappolati nel fuoco?” E solo in epoche Rinascimento E Illuminismo Le opinioni degli scienziati si moltiplicarono e, ovviamente, furono divise.

COSÌ, Cartesio, Keplero E Azienda agricola erano della stessa opinione degli scienziati dell'antichità. Ma credeva che la velocità della luce fosse finita, sebbene molto elevata. Infatti, effettuò la prima misurazione della velocità della luce. Più precisamente, ha fatto il primo tentativo di misurarlo.

L'esperimento di Galileo

Esperienza Galileo Galilei era geniale nella sua semplicità. Lo scienziato ha condotto un esperimento per misurare la velocità della luce, armato di semplici mezzi improvvisati. A grande e ben nota distanza l'uno dall'altro, su diverse colline, Galileo e il suo assistente stavano con lanterne accese. Uno di loro aprì l'imposta della lanterna, e il secondo dovette fare lo stesso quando vide la luce della prima lanterna. Conoscendo la distanza e il tempo (il ritardo prima che l'assistente apra la lanterna), Galileo prevedeva di calcolare la velocità della luce. Sfortunatamente, affinché l'esperimento riuscisse, Galileo e il suo assistente dovettero scegliere colline distanti diversi milioni di chilometri. Ti ricordo che puoi compilare la domanda sul sito.

Esperimenti di Roemer e Bradley

Il primo esperimento riuscito e sorprendentemente accurato nel determinare la velocità della luce fu quello di un astronomo danese Olaf Roemer. Roemer utilizzò il metodo astronomico per misurare la velocità della luce. Nel 1676 osservò il satellite di Giove Io attraverso un telescopio e scoprì che il tempo dell'eclissi del satellite cambia man mano che la Terra si allontana da Giove. Il tempo di ritardo massimo è stato di 22 minuti. Calcolando che la Terra si sta allontanando da Giove a una distanza pari al diametro dell'orbita terrestre, Roemer ha diviso il valore approssimativo del diametro per il tempo di ritardo e ha ottenuto un valore di 214.000 chilometri al secondo. Naturalmente, un calcolo del genere era molto approssimativo, le distanze tra i pianeti erano conosciute solo approssimativamente, ma il risultato si è rivelato relativamente vicino alla verità.

L'esperienza di Bradley. Nel 1728 James Bradley stimò la velocità della luce osservando l'aberrazione delle stelle. Abberazioneè un cambiamento nella posizione apparente di una stella causato dal movimento della terra nella sua orbita. Conoscendo la velocità della Terra e misurando l'angolo di aberrazione, Bradley ottenne un valore di 301.000 chilometri al secondo.

L'esperienza di Fizeau

Il mondo scientifico dell'epoca reagì con diffidenza al risultato dell'esperimento di Roemer e Bradley. Tuttavia, il risultato di Bradley fu il più accurato per oltre cento anni, fino al 1849. Quell'anno, uno scienziato francese Armand Fizeau misurato la velocità della luce utilizzando il metodo dell'otturatore rotante, senza osservare i corpi celesti, ma qui sulla Terra. In effetti, questo è stato il primo metodo di laboratorio per misurare la velocità della luce dai tempi di Galileo. Di seguito è riportato un diagramma della configurazione del suo laboratorio.

La luce, riflessa dallo specchio, passava attraverso i denti della ruota e veniva riflessa da un altro specchio, a 8,6 chilometri di distanza. La velocità della ruota venne aumentata fino a quando la luce divenne visibile nello spazio successivo. I calcoli di Fizeau hanno dato un risultato di 313.000 chilometri al secondo. Un anno dopo, un esperimento simile con uno specchio rotante fu effettuato da Leon Foucault, che ottenne un risultato di 298.000 chilometri al secondo.

Con l'avvento dei maser e dei laser, le persone hanno nuove opportunità e modi per misurare la velocità della luce, e lo sviluppo della teoria ha anche permesso di calcolare la velocità della luce indirettamente, senza effettuare misurazioni dirette.

Il valore più accurato della velocità della luce

L’umanità ha accumulato una vasta esperienza nella misurazione della velocità della luce. Oggi è considerato il valore più accurato per la velocità della luce 299.792.458 metri al secondo, ricevuto nel 1983. È interessante notare che un'ulteriore misurazione più accurata della velocità della luce si è rivelata impossibile a causa di errori nella misurazione metri. Attualmente il valore di un metro è legato alla velocità della luce ed è pari alla distanza che la luce percorre in 1/299.792.458 di secondo.

Infine, come sempre, suggeriamo la visione di un video didattico. Amici, anche se vi trovate di fronte a un compito come misurare in modo indipendente la velocità della luce utilizzando mezzi improvvisati, potete tranquillamente rivolgervi ai nostri autori per chiedere aiuto. È possibile compilare una domanda sul sito web dello studente di corrispondenza. Ti auguriamo uno studio piacevole e facile!

L'argomento su come misurare e quale sia la velocità della luce ha interessato gli scienziati fin dai tempi antichi. Si tratta di un argomento molto affascinante, che da tempo immemorabile è oggetto di dibattito scientifico. Si ritiene che tale velocità sia finita, irraggiungibile e costante. È irraggiungibile e costante, come l'infinito. Allo stesso tempo, è finito. Risulta essere un interessante puzzle fisico e matematico. C'è un'opzione per risolvere questo problema. Dopotutto, la velocità della luce veniva ancora misurata.

Nei tempi antichi, i pensatori lo credevano velocità della luce- questa è una quantità infinita. La prima stima di questo indicatore fu data nel 1676. Olaf Roemer. Secondo i suoi calcoli la velocità della luce era di circa 220mila km/s. Questo valore non era del tutto accurato, ma vicino a quello vero.

La finitezza e la stima della velocità della luce furono confermate mezzo secolo dopo.

In futuro, lo scienziato Fizeau Era possibile determinare la velocità della luce dal tempo impiegato dal raggio per percorrere una distanza esatta.

Condusse un esperimento (vedi figura), durante il quale un fascio di luce partiva dalla sorgente S, veniva riflesso dallo specchio 3, interrotto dal disco dentato 2 e oltrepassava la base (8 km). Quindi veniva riflesso dallo specchio 1 e ritornava sul disco. La luce cadeva nello spazio tra i denti e poteva essere osservata attraverso l'oculare 4. Il tempo impiegato dal raggio per passare attraverso la base veniva determinato in base alla velocità di rotazione del disco. Il valore ottenuto da Fizeau fu: c = 313300 km/s.

La velocità di propagazione del raggio in un particolare mezzo è inferiore a questa velocità nel vuoto. Inoltre, per sostanze diverse questo indicatore assume valori diversi. Qualche anno dopo Foucault sostituì il disco con uno specchio a rotazione rapida. I seguaci di questi scienziati hanno ripetutamente utilizzato i loro metodi e progetti di ricerca.

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Qual è la velocità della luce nel vuoto?

La misurazione più accurata della velocità della luce mostra la cifra di 1.079.252.848,8 chilometri orari o 299.792.458 m/s. Questa cifra è valida solo per le condizioni create nel vuoto.

Ma per risolvere i problemi, di solito viene utilizzato l'indicatore 300.000.000 m/s. Nel vuoto, la velocità della luce in unità di Planck è 1. Pertanto, l'energia luminosa percorre 1 unità di Planck di lunghezza in 1 unità di tempo di Planck. Se in condizioni naturali si crea il vuoto, i raggi X, le onde luminose nello spettro visibile e le onde gravitazionali possono viaggiare a tali velocità.

Tra gli scienziati c'è una chiara opinione secondo cui le particelle con massa possono assumere una velocità il più vicino possibile alla velocità della luce. Ma non sono in grado di raggiungere e superare l'indicatore. La velocità più alta, prossima a quella della luce, è stata registrata durante lo studio dei raggi cosmici e durante l'accelerazione di alcune particelle negli acceleratori.

La velocità della luce in qualsiasi mezzo dipende dall'indice di rifrazione di questo mezzo.

Questo indicatore può essere diverso per frequenze diverse. La misurazione accurata della quantità è importante per il calcolo di altri parametri fisici. Ad esempio, per determinare la distanza durante il passaggio di segnali luminosi o radio in aree di rilevamento ottico, radar, rilevamento di luce e altre aree.

Gli scienziati moderni utilizzano metodi diversi per determinare la velocità della luce. Alcuni esperti utilizzano metodi astronomici e metodi di misurazione che utilizzano la tecnologia sperimentale. Viene spesso utilizzato il metodo Fizeau migliorato. In questo caso la ruota dentata viene sostituita con un modulatore di luce, che indebolisce o interrompe il fascio luminoso. Il ricevitore qui è un moltiplicatore fotoelettrico o fotocellula. La sorgente luminosa può essere un laser, che aiuta a ridurre l'errore di misurazione. Determinazione della velocità della luce A seconda del tempo di passaggio della base, si può procedere con metodi diretti o indiretti, che permettono anche di ottenere risultati accurati.

Quali formule vengono utilizzate per calcolare la velocità della luce?

1. La velocità di propagazione della luce nel vuoto è un valore assoluto. I fisici lo indicano con la lettera “c”. Si tratta di un valore fondamentale e costante, che non dipende dalla scelta del sistema di rendicontazione e caratterizza il tempo e lo spazio nel loro insieme. Gli scienziati presumono che questa velocità sia la velocità massima del movimento delle particelle.

   Formula della velocità della luce nel vuoto:

   s = 3 * 10^8 = 299792458 m/s

   dove c è un indicatore della velocità della luce nel vuoto.

2. Gli scienziati lo hanno dimostrato velocità della luce nell'aria coincide quasi con la velocità della luce nel vuoto. Può essere calcolato utilizzando la formula: