¿Cómo se calcula la velocidad de la luz? Mi conocimiento de la física se limita a lo mucho que estudié hasta la secundaria. Una forma que me viene a la mente es: si arrojamos luz de un punto a otro (de distancia conocida) y medimos el tiempo que tarda, podríamos conocer la velocidad de la luz. pero ¿tenemos una herramienta de medición del tiempo tan precisa?
Comentarios
- La velocidad de la luz, como todas las velocidades, se calcula dividiendo una longitud por el tiempo necesario para viajar esa longitud.
- @Georg: básicamente, ninguna velocidad se calcula así. Hay trillones de leyes físicas que involucran la velocidad y uno puede usar la que sea más adecuada.
- @Marek, ¿No se calcula la velocidad con esa relación? Pero, para explicar el objetivo de mi comentario: debería comenzar " learnerforever " para pensar en la diferencia de " calcular " y " medidas ". No distinguir eso es un error común para principiantes.
- @Geord: interpreté la palabra " calculada " como medida . Porque, de lo contrario, la pregunta no ' no tiene ningún sentido para mí …
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De Wikipedia:
Actualmente, la velocidad de la luz en el vacío se define en exactamente 299,792,458 m / s (aproximadamente 186,282 millas por segundo). El valor fijo de la velocidad de la luz en unidades SI resulta del hecho de que el metro ahora se define en términos de la velocidad de la luz.
Diferentes físicos han intentado medir la velocidad de la luz a lo largo de la historia. Galileo intentó medir la velocidad de la luz en el siglo XVII. Ole Rømer, un físico danés, realizó un experimento temprano para medir la velocidad de la luz en 1676. Usando un telescopio, Ole observó los movimientos de Júpiter y una de sus lunas, Io. Al notar discrepancias en el período aparente de la órbita de Io, Rømer calculó que la luz tarda unos 22 minutos en atravesar el diámetro de la órbita de la Tierra. [4] Desafortunadamente, su tamaño no se conocía en ese momento. Si Ole hubiera conocido el diámetro de la órbita de la Tierra, habría calculado una velocidad de 227,000,000 m / s.
Otra medición más precisa de la velocidad de la luz fue realizada en Europa por Hippolyte Fizeau. en 1849. Fizeau dirigió un haz de luz a un espejo a varios kilómetros de distancia. Se colocó una rueda dentada giratoria en el camino del haz de luz mientras viajaba desde la fuente hasta el espejo y luego regresó a su origen. Fizeau encontró que en una cierta velocidad de rotación, el rayo pasaría a través de un espacio en la rueda al salir y el siguiente espacio en el camino de regreso. Conociendo la distancia al espejo, el número de dientes en la rueda y la velocidad de rotación, Fizeau pudo calcular la velocidad de la luz como 313.000.000 m / s.
Léon Foucault utilizó un experimento que utilizó espejos giratorios para obtener un valor de 298.000.000 m / s en 1862. Albert A. Michelson realizó experimentos en la velocidad de la luz desde 1877 hasta su muerte en 1931. Refinó los métodos de Foucault en 1926 utilizando espejos giratorios mejorados para medir el tiempo que tardó la luz en hacer un viaje de ida y vuelta desde el monte. Wilson al monte. San Antonio en California. Las mediciones precisas arrojaron una velocidad de 299,796,000 m / s.
Comentarios
- Buena respuesta, +1. Solo para agregar: las medidas modernas y precisas de la distancia y el tiempo siempre se basan en " relojes atómicos ", la longitud de onda o periodicidad del Radiación electromagnética emitida por varios átomos. Ellos ' son cómo se definieron el metro y el segundo antes de que la velocidad de la luz fuera fijada por la definición del SI que mencionaste. Por lo tanto, esas medidas de reloj atómico producen la misma precisión relativa de distancias $ x $ y veces $ t $ si $ x \ approx ct $.
- Los relojes atómicos usan microondas de baja frecuencia. Los primeros usaban masers; los más nuevos, para ser más precisos, enfrían la materia mediante láseres y luego sondean los estados resonantes por cavidades, en fuentes atómicas. Las distancias se miden mediante radiación e interferometría similares; por lo general, se utilizan longitudes de onda más cortas para lograr la mayor precisión (para distancias lo suficientemente cortas).
- Vaya, la siguiente pregunta debería ser ¿Cómo era la distancia entre las dos montañas calculadas con tanta precisión.
- ¿Cómo es que R ø mer sobrestimó el diámetro de la Tierra ' s órbita (en minutos luz) por tanto?
Respuesta
El título de su pregunta es sobre calcular la velocidad de la luz ($ c $), pero el cuerpo pregunta sobre medir $ c $.Otros le han respondido sobre el tema de la medición, pero me gustaría incluir un poco sobre el cálculo de $ c $ a partir de principios.
La luz, como fenómeno electromagnético, se describe mediante las ecuaciones de Maxwell:
$$ \ begin {eqnarray} \ nabla \ cdot E & = & \ frac {\ rho} {\ epsilon_0} \\ \ nabla \ cdot B & = & 0 \\ \ nabla \ times E & = & – \ frac {\ parcial B} {\ parcial t} \\ \ nabla \ veces B & = & \ mu_0 J + \ mu_0 \ epsilon_0 \ frac {\ partial E} {\ partial t} \ end {eqnarray} $$
donde $ \ rho $ es la densidad de carga, $ J $ es la densidad de corriente, $ E $ y $ B $ son los campos eléctrico y magnético, respectivamente, $ \ mu_0 $ es la permeabilidad magnética del espacio libre y $ \ epsilon_0 $ es la permitividad eléctrica del espacio libre. En ausencia de cargas, una solución a estas ecuaciones es una onda plana viajera con velocidad
$$ c = \ frac {1} {\ sqrt {\ mu_0 \ epsilon_0}} $$
Por supuesto, esto deja el problema de medir $ \ mu_0 $ y $ \ epsilon_0 $, pero es una gran demostración del hecho de que la luz es verdaderamente un fenómeno electromagnético. Como beneficio adicional, $ \ mu_0 $ y $ \ epsilon_0 $ se pueden medir de diversas formas, sin requerir una resolución de tiempo muy alta.