Molte persone hanno saputo dell'esistenza di un concetto come la "velocità della luce" fin dalla prima infanzia. Ma non tutti conoscono in dettaglio il fenomeno.
Molti hanno attirato l'attenzione sul fatto che durante un temporale c'è un ritardo tra un lampo e il suono di un tuono. Lo scoppio, di regola, ci raggiunge più velocemente. Ciò significa che ha una velocità maggiore del suono. Qual è la ragione di ciò? Qual è la velocità della luce e come viene misurata?
Qual è la velocità della luce?
Per prima cosa capiamo qual è la velocità della luce. Scientificamente, questa è una quantità tale che mostra la velocità con cui i raggi si muovono nel vuoto o nell'aria. Devi anche sapere cos'è la luce. Questa è la radiazione che viene percepita dall'occhio umano. La velocità dipende dalle condizioni ambientali e da altre proprietà, ad esempio la rifrazione.
Fatto interessante: Sono necessari 1,25 secondi affinché la luce viaggi dalla Terra a un satellite, la luna.
Qual è la velocità della luce nelle tue parole?
Per dirla semplicemente, la velocità della luce è l'intervallo di tempo su cui un raggio di luce percorre qualsiasi distanza. Il tempo viene solitamente misurato in secondi. Tuttavia, alcuni scienziati usano unità diverse. Anche la distanza viene misurata in diversi modi. Fondamentalmente - questo è un metro. Cioè, questo valore è considerato in m / s. La fisica lo spiega come segue: un fenomeno che si muove con una certa velocità (costante).
Per facilitare la comprensione, diamo un'occhiata al seguente esempio. Il ciclista si muove a una velocità di 20 km / h. Vuole raggiungere il conducente della macchina, la cui velocità è di 25 km / h. Se conti, l'auto procede 5 km / h più velocemente di un ciclista. Con i raggi di luce, le cose sono diverse. Non importa quanto velocemente si muovono la prima e la seconda persona, la luce, rispetto a loro, si muove a velocità costante.
Qual è la velocità della luce?
Quando non è nel vuoto, varie condizioni influenzano la luce. La sostanza attraverso cui passano i raggi, compreso. Se il numero di metri al secondo non cambia senza accesso all'ossigeno, quindi in un ambiente con accesso all'aria, il valore cambia.
La luce viaggia più lentamente attraverso vari materiali come vetro, acqua e aria. A questo fenomeno viene dato un indice di rifrazione per descrivere quanto rallentano il movimento della luce. Il vetro ha un indice di rifrazione di 1,5, il che significa che la luce lo attraversa ad una velocità di circa 200 mila chilometri al secondo. L'indice di rifrazione dell'acqua è 1.3 e l'indice di rifrazione dell'aria è leggermente più di 1, il che significa che l'aria rallenta solo leggermente la luce.
Pertanto, dopo aver attraversato aria o liquido, la velocità rallenta, diventando inferiore rispetto al vuoto. Ad esempio, in vari bacini idrici, la velocità di movimento dei raggi è 0,75 della velocità nello spazio. Inoltre, con una pressione standard di 1,01 bar, la velocità rallenta dell'1,5-2%. Cioè, in condizioni terrestri, la velocità della luce varia a seconda delle condizioni ambientali.
Per un tale fenomeno, hanno escogitato un concetto speciale: la rifrazione. Cioè, la rifrazione della luce. È ampiamente usato in varie invenzioni. Ad esempio, un rifrattore è un telescopio con un sistema ottico. Inoltre, con l'aiuto di questo, vengono creati anche binocoli e altre attrezzature, la cui essenza del lavoro è l'uso dell'ottica.
In generale, il raggio più piccolo può essere rifratto passando attraverso l'aria ordinaria. Quando si passa attraverso un vetro ottico appositamente creato, la velocità è di circa 195 mila chilometri al secondo. Questo è quasi 105 mila km / s in meno della costante.
Il valore più preciso della velocità della luce
I fisici nel corso degli anni hanno acquisito esperienza nella ricerca della velocità dei raggi luminosi. Al momento, il valore più preciso della velocità della luce è 299.792 chilometri al secondo. La costante fu stabilita nel 1933. Il numero è ancora rilevante.
Tuttavia, sono sorte ulteriori difficoltà con la determinazione dell'indicatore.Ciò era dovuto a un errore del misuratore. Ora il misuratore stesso dipende direttamente dalla velocità della luce. È uguale alla distanza percorsa dai raggi in un certo numero di secondi - 1 / velocità della luce.
Qual è la velocità della luce nel vuoto?
Poiché la luce non è influenzata da varie condizioni nel vuoto, la sua velocità non cambia come accade sulla Terra. La velocità della luce nel vuoto è di 299.792 chilometri al secondo. Questo indicatore è il limite. Si ritiene che nulla al mondo possa muoversi più velocemente, anche i corpi cosmici che si muovono abbastanza velocemente.
Ad esempio, un caccia, un Boeing X-43, che supera di quasi 10 volte la velocità del suono (oltre 11 mila km / h), vola più lentamente di un raggio. Quest'ultimo si muove più veloce di oltre 96 mila chilometri orari.
Come è stata misurata la velocità della luce?
I primissimi scienziati hanno provato a misurare questo valore. Sono stati utilizzati diversi metodi. Nel periodo dell'antichità, la gente della scienza credeva che fosse infinita, quindi è impossibile misurarla. Questa opinione rimase a lungo, fino al 16-17 ° secolo. A quei tempi apparvero altri scienziati che suggerirono che il raggio avesse una fine e che la velocità potesse essere misurata.
Il famoso astronomo danese Olaf Roemer ha portato la conoscenza della velocità della luce a un nuovo livello. Notò che l'eclissi della luna di Giove è in ritardo. In precedenza, nessuno prestava attenzione a questo. Di conseguenza, decise di calcolare la velocità.
Proponeva una velocità approssimativa, che era pari a circa 220 mila chilometri al secondo. Più tardi, uno scienziato inglese James Bradley iniziò lo studio. Sebbene non avesse completamente ragione, si avvicinò leggermente ai risultati della ricerca attuale.
Dopo qualche tempo, la maggior parte degli scienziati si interessò a questa quantità. La ricerca ha coinvolto persone di diversi paesi. Tuttavia, fino agli anni '70 del 20 ° secolo, non vi furono scoperte grandiose. Dagli anni '70, quando inventarono laser e maser (generatori quantistici), gli scienziati hanno condotto ricerche e ottenuto la velocità esatta. Il valore attuale è rilevante dal 1983. Corretti solo piccoli errori.
Esperienza di Galileo
Uno scienziato italiano ha sorpreso tutti i ricercatori di quegli anni con la semplicità e il genio della sua esperienza. È riuscito a misurare la velocità della luce usando strumenti convenzionali a portata di mano.
Lui e il suo assistente hanno scalato le colline vicine, avendo precedentemente calcolato la distanza tra loro. Hanno preso le lanterne accese, le hanno dotate di serrande che aprono e chiudono le luci. A sua volta, aprendo e chiudendo la luce, hanno cercato di calcolare la velocità della luce. Galileo e l'assistente sapevano in anticipo con quale ritardo avrebbero aperto e chiuso la luce. Quando uno ha aperto, l'altro fa lo stesso.
Tuttavia, l'esperimento è stato un fallimento. Per farlo funzionare, gli scienziati dovrebbero stare a una distanza di milioni di chilometri l'uno dall'altro.
L'esperienza di Römer e Bradley
Questo studio è già stato brevemente scritto sopra. Questa è una delle esperienze più progressive dell'epoca. Römer ha usato le conoscenze in astronomia per misurare la velocità dei raggi. È successo nell'anno 76 del 17 ° secolo.
Il ricercatore osservò Io (il satellite di Giove) attraverso un telescopio. Ha scoperto il seguente schema: più il nostro pianeta si allontana da Giove, maggiore è il ritardo nell'eclissi di Io. Il ritardo maggiore è stato di 21-22 minuti.
Supponendo che il satellite si stia allontanando a una distanza pari alla lunghezza del diametro dell'orbita, lo scienziato ha diviso la distanza per tempo. Di conseguenza, ha ricevuto 214 mila chilometri al secondo. Sebbene questo studio sia considerato molto approssimativo, poiché la distanza era approssimativa, si avvicinava all'indicatore corrente.
Nel 18 ° secolo, James Bradley completò lo studio. Per fare questo, ha usato l'aberrazione - un cambiamento nella posizione del corpo cosmico a causa del movimento della Terra intorno al sole. James misurò l'angolo di aberrazione e, conoscendo la velocità del nostro pianeta, ottenne un valore di 301 mila chilometri al secondo.
Esperienza Fizeau
I ricercatori e la gente comune erano scettici sulle esperienze di Römer e James Bradley. Nonostante ciò, i risultati furono più vicini alla verità e rilevanti per oltre un secolo. Nel 19 ° secolo, Arman Fizeau, uno scienziato della capitale della Francia, Parigi, contribuì alla misurazione di questa quantità. Ha usato il metodo dell'otturatore rotante. Inoltre, come Galileo Galilei con il suo assistente, Fizeau non osservava i corpi celesti, ma investigava in laboratorio.
Il principio dell'esperienza è semplice. Un raggio di luce era puntato sullo specchio. Riflettendo da esso, la luce passava attraverso i denti della ruota. Quindi ha colpito un'altra superficie riflettente, che si trovava a una distanza di 8,6 km. La ruota è stata ruotata, aumentando la velocità, fino a quando il raggio non è stato visibile nello spazio successivo. Dopo i calcoli, lo scienziato ha ricevuto un risultato di 313 mila km / s.
Successivamente, lo studio fu ripetuto dal fisico e astronomo francese Leon Foucault, ricevendo un risultato di 298 mila km / s. Il risultato più accurato in quel momento. Le misurazioni successive sono state eseguite utilizzando laser e maser.
È possibile la velocità superluminale?
Ci sono oggetti più veloci della velocità della luce. Ad esempio, raggi di sole, ombra, vibrazioni delle onde. Sebbene teoricamente possano sviluppare una velocità superluminale, l'energia che emettono non coinciderà con il vettore del loro movimento.
Se un raggio di luce passa, ad esempio, attraverso vetro o acqua, gli elettroni possono superarlo. Non sono limitati nella velocità di movimento. Pertanto, in tali condizioni, la luce non si muove più velocemente di chiunque altro.
Questo fenomeno si chiama Effetto Vavilov-Cherenkov. Il più delle volte si trova in serbatoi profondi e reattori.
