Измерение скорости физических тел и скорости света

Размещено на http://www.allbest.ru/

Измерение скорости физических тел и скорости света

При равномерном движении тела (движение тела с неизменяющейся скоростью) скорость показывает, какой путь прошло тело за единицу времени. Используя понятие скорости можно сказать, что в приведенных примерах, тела движутся с различными скоростями. При равномерном движение значение скорости с течением времени остается постоянной. Если птица пролетает в течение 5 секунд путь, равный 25 метрам, то ее скорость будет равна 25м/5с=5 м/с (5 метров в секунду).

Чтобы определить скорость при равномерном движении, нужно путь, пройденный телом, разделить на промежуток времени, за который пройден данный путь.

Скорость = путь / время.

Данное правило превратится в формулу для расчета скорости, если записать принятые обозначения. v - скорость, s - путь, t - время. v= s/ t. Скорость тела при равномерном движении - это величина, равная отношению пути ко времени, за которое этот путь пройден телом. Пример 1. Комар за 30 секунд пролетел путь 5 м. Скорость комара равна v= s/ t = 5 м/30 с = 0,17 м/с. скорость равномерное векторная свет

В интернациональной системе единиц скорость принято измерять в метрах на секунду (м/с). Это значит, что за единицу скорости принята скорость такого равномерного движения, при котором за 1 секунду тело проходит путь, равный 1 метру. Скорость тела можно измерять в километрах в час (км/ч); километрах в секунду (км/с); сантиметрах в секунду (см/с) и др. Числовое значение скорости зависит от выбранной единицы измерения. Пример 2. 54 км/ч = 54000 м/3600 с = 15 м/с. 36 км/ч = 36000 м/3600 с = 10 м/с.

Скорость - векторная величина. Кроме числового значения она имеет направление. Вектор скорости всегда направлен в сторону движения тела. (см рисунок). Если тело движется неравномерно, то его движение характеризует понятие средней скорости. Для расчета средней скорости нужно разделить весь путь пройденный телом, на все время движения. Средняя скорости не поясняет, как двигалось тело в различные моменты времени в разные промежутки пути.

Говоря о движении, например, автомобиля, самолета, космического корабля, мы знаем, что скорость движения самолета больше скорости автомобиля, но меньше скорость космического корабля. Транспортные средства обычно имеют прибор, который показывает модуль или числовое значение скорости их движения (в автомобилях - спидометр). Скорость изображают направленным отрезком прямой (стрелки), длина которого в выбранном масштабе характеризует модуль скорости.

Скорость света определяется аналогично скорости распространения волн любой природы. Методы измерения скорости разделяются на астрономические и лабораторные.

Один из астрономических методов, метод Ремера, основан на наблюдении промежутков времени Т между двумя последовательными затмениями спутника Юпитера Ио. Запаздывание Т затмения в момент наибольшего удаления Земли от Юпитера по сравнению с моментом наибольшего сближения двух планет (точки Ю и 3) связано с тем, что свет, распространяясь с конечной скоростью с, проходит за время ЛГ расстояние, равное диаметру орбиты Земли Современные данные для ЛТ=16,5 мин приводят к значению с, близкому к с=300000 км/с.

В 1849 г. А. Физо поставил лабораторный опыт по измерению скорости света (см рис.). Свет от источника 5 проходил через прерыватель К (зубья вращающегося колеса) и, отразившись от зеркала 3, возвращался опять к зубчатому колесу.

Допустим, что зубец и прорезь зубчатого колеса имеют одинаковую ширину и место прорези на колесе занял соседний зубец. Тогда свет перекроется зубцом и в окуляре станет темно. Это наступит при условии, что время прохождения света туда и обратно:

t=2L/c

окажется равным времени поворота зубчатого колеса на половину прорези:

t2=T/(2N)=1/(2Nv).

Здесь L - расстояние от зубчатого колеса до зеркала; Т-период вращения зубчатого колеса; N - число зубцов;

v=1/T

- частота вращения. Из равенства t1=t2 следует расчетная формула для определения скорости света данным методом:

c=4LNv.

Используя метод вращающегося затвора, Физо в 1849 г. получил значение скорости света с = 3,13-10**5 км/с, что было совсем неплохо по тем временам. В дальнейшем использование различных затворов позволило существенно уточнить значение скорости света. Так, в 1950 г. получено значение скорости света (в вакууме), равное с= (299 793,1 ±0,25) км/с.

В XVII веке попытка измерить скорость света увенчалась успехом. Молодой датчанин Ремер заметил, что тень одной из лун Юпитера периодически появлялась на поверхности планеты на 16 минут 36 секунд раньше, чем при наблюдении в другое время года. Ремер решил, что причиной разницы во времени является то обстоятельство, что один раз в году Земля находится на кратчайшем расстоянии от Юпитера, а через шесть месяцев - в максимальном удалении. Ремер полагал, что разница в несколько минут равна времени, в течение которого свет пересекает земную орбиту. Разделив это расстояние на 16 минут 36 секунд, он получил 186 тысяч миль в секунду.

Только через сто семьдесят три года, в 1849 году, стало возможным измерение скорости света, проходящего между двумя точками на поверхности Земли. Выбрали расстояние в 10 миль. Французский ученый Физо поставил эксперимент, посылая импульсы света на удаленное зеркало и измерял время, требующееся на возвращение луча. Свет разбивался на импульсы следующим образом. Луч проходил сквозь промежутки между выступами на окружности быстро вращающегося диска. При достаточно быстром вращении диска импульс света доходил до зеркала и возвращался обратно как раз за то время, в течение которого диск поворачивался на небольшой угол - на ширину одного промежутка между выступами. На диске Физо было 720 выступов, и он делал 25 оборотов в секунду. Зная расстояние от источника света до зеркала и обратно, Физо подсчитал скорость света и получил 194 тысячи миль в секунду.

Примерно через 20 лет, когда Майкельсон преподавал в Аннаполисе, проблема измерения скорости света приобрела новое значение. Сформулированная Максвеллом электромагнитная теория света, с одной стороны, утверждала, что скорость света должна быть меньше в воде, чем в воздухе. С другой стороны, из корпускулярной теории Ньютона следовало, что скорость света в воде больше, чем в воздухе. В 60-е и 70-е годы XIX века выяснение этого противоречия стало наиболее актуальным исследованием в физике. Науке необходим был способ точного измерения скорости света в любой среде.

Размещено на Allbest.ru