Скорость распространения света

Одной из важнейших физических констант является скорость распространения электромагнитных волн — скорость света. Поговорим об этой константе более детально.

Скорость света

В уравнение электродинамики Максвелла в качестве константы входит величина, физический смысл которой состоит в том, что это скорость распространения электромагнитных волн в вакууме. После того как была установлена электромагнитная природа света, стало ясно, что и свет должен также описываться этими уравнениями. То есть, исходя из этих формул, скорость света конечна. В настоящее время она измерена с высокой точностью. Значение скорости распространения света:

$$c = 2.998×10^8$$ м/с

Величина эта весьма велика. Поэтому с античных времен считалось, что свет распространяется мгновенно.

Скорость света

Рис. 1. Скорость света.

Первые сомнения появились лишь в эпоху Возрождения. А по мере развития астрономических представлений появилась возможность непосредственного измерения скорости света.

Метод Рёмера

Первое доказательство конечности скорости света, а также ее достаточно точное измерение принадлежит О. Рёмеру.

В XVII в. в связи с развитием мореплавания остро стоял вопрос определения географической долготы. Для измерения долготы требовались часы высокой точности. После открытия спутников Юпитера в 1610 г. возникло предложение использовать их обращение в качестве таких часов. В частности, ближайший спутник Ио обращается вокруг Юпитера за 42 ч 28 мин., а значит, есть возможность достаточно точного непрерывного отмеривания таких промежутков в любой точке Земли.

Наблюдения затмений спутников Юпитера выявили, что моменты затмений отличаются от рассчитанных, причем отличие зависит от времени года, а максимальная разница составляет 22 мин.

О. Рёмер предположил, что разница в 22 минуты требуется на то, чтобы свет преодолел расстояние земной орбиты. Отставание от точно рассчитанного срока увеличивается по мере того, как Земля оказывается дальше от Юпитера, и уменьшается по мере приближения Земли к нему.

Таким образом было доказано, что свет распространяется с конечной скоростью, и эта скорость по Рёмеру была равна $2.15×10^8$м/с.

Измерение скорости света Рёмером

Рис. 2. Измерение скорости света Рёмером.

Метод Физо

Более точное значение скорости света было выполнено в 1849 г. И. Физо. Для измерения использовалось быстро вращающееся зубчатое колесо. Сфокусированный пучок света падал на зубцы колеса, проходил сквозь прорези в них, достигал зеркала на некотором расстоянии, возвращался, вновь проходил сквозь прорези и приходил к наблюдателю.

Если колесо вращалось медленно, свет был виден. Однако, по мере увеличения скорости вращения колеса свет, приходящий к наблюдателю, тускнел и наконец совсем гас.

Происходило это потому, что зубчатое колесо пропускало свет «порциями». При этом за время, пока свет двигался до зеркала и обратно, оно успевало повернуться. В результате очередная «порция» света попадала на зубец и не доходила до наблюдателя.

Зная скорость вращения колеса и расстояние от него до зеркала, можно определить скорость света. В опыте Физо было получено значение $3.13×10^8$м/с.

Рис. 3. Измерение скорости света Физо.

Что мы узнали?

Исходя из уравнений электродинамики Максвелла, свет имеет высокую, но конечную скорость распространения. Она равна $2.998×10^8$ м/с. Впервые эта скорость была измерена О. Рёмером при наблюдении затмений спутников Юпитера. Более точное значение было получено в опыте И. Физо с зубчатым колесом.

Тест по теме

  1. Вопрос 1 из 5

    Из уравнений электродинамики Максвелла следует, что скорость света:

Начать тест(новая вкладка)
Доска почёта
Чтобы попасть сюда - пройдите тест.
    Пока никого нет. Будьте первым!

Оценка доклада

Средняя оценка: 4.6. Всего получено оценок: 195.

Предметы