Kuinka valon nopeus lasketaan? Tietoni fysiikasta rajoittuu siihen, kuinka paljon opiskelin lukioon asti. Yksi mielestäni tuleva tapa on: jos heitämme valoa pisteestä toiseen (tunnetun etäisyyden) ja mitataan kulunut aika, voisimme tietää valon nopeuden. mutta onko meillä niin tarkka ajanmittaustyökalu?
Kommentit
- Valonopeus, kuten kaikki nopeudet, lasketaan jakamalla pituus ajalla tarvitaan matkustamaan tuon pituuden.
- @Georg: Nopeutta ei periaatteessa lasketa tällä tavalla. Fyysisiä lakeja on zillions, joihin liittyy nopeus, ja voidaan käyttää mitä tahansa niistä sopivinta.
- @Marek, nopeutta ei lasketa tällä suhteella? Mutta selittääkseen, mihin kommenttini oli tarkoitettu: sen pitäisi aloittaa " oppijan ikuisesti " ajatella lasketaan " ja " mittausta ". Ei erottele sitä yleisestä aloittelijoiden virheestä.
- @Geord: Tulkitsin sanan " laskettu " mitattuna . Koska muuten kysymyksellä ei ole ' minulla mitään järkeä …
Vastaa
Wikipediasta:
Tällä hetkellä valon nopeus tyhjössä on määritelty tarkalleen 299 792 458 m / s (noin 186 282 mailia sekunnissa). Valon nopeuden kiinteä arvo SI-yksiköissä johtuu siitä, että mittari on nyt määritelty valon nopeuden perusteella.
Eri fyysikot ovat yrittäneet mitata valon nopeutta koko historian ajan. Galileo yritti mitata valon nopeutta 1700-luvulla. Tanskalainen fyysikko Ole Rømer suoritti varhaisen valon nopeuden mittaamisen vuonna 1676. Teleskooppia käyttäen Ole havaitsi Jupiterin ja sen yhden kuun, Io: n, liikkeitä. Huomaten ristiriidat Ion kiertoradan näennäisessä jaksossa, Rømer laski, että valolla kuluu noin 22 minuuttia maapallon kiertoradan halkaisijan ylittämiseen. [4] Valitettavasti sen kokoa ei vielä tuolloin tiedetty. Jos Ole olisi tiennyt maapallon kiertoradan halkaisijan, hän olisi laskenut nopeuden 227 000 000 m / s.
Hippolyte Fizeau suoritti toisen tarkemman valonopeuden mittauksen Euroopassa. vuonna 1849. Fizeau suunnasi valonsäteen useiden kilometrien päässä olevaan peiliin. Pyörivä hammaspyörä asetettiin valonsäteen tielle, kun se kulki lähteestä peiliin ja palasi sitten alkuperäiselleen. tietyn pyörimisnopeuden mukaan palkki kulkisi pyörän yhden aukon läpi ulospäin ja seuraavan aukon läpi paluumatkalla. Tietäen etäisyyden peiliin, pyörän hampaiden määrän ja pyörimisnopeuden, Fizeau pystyi laskemaan valon nopeudeksi 313 000 000 m / s.
Léon Foucault käytti kokeilua, jossa pyöriviä peilejä käytettiin arvon 298 000 000 m / s saavuttamiseksi vuonna 1862. Albert A. Michelson suoritti kokeita valon nopeus vuodesta 1877 kuolemaansa vuonna 1931. Hän tarkensi Foucaultn menetelmiä vuonna 1926 käyttäen parannetut pyörivät peilit mittaamaan aikaa, joka kului edestakaisen matkan tekemiseen Mt. Wilsonista Mt. San Antonio Kaliforniassa. Tarkat mittaukset tuottivat nopeuden 299796000 m / s.
Kommentit
- Hyvä vastaus, +1. Lisää vain: modernit tarkat mittaukset sekä etäisyydestä että ajasta perustuvat aina " atomikelloihin ", aallonpituuteen tai jaksollisuuteen. useiden atomien lähettämä sähkömagneettinen säteily. He ' kertovat kuinka mittari ja toinen määritettiin ennen kuin valonopeus vahvistettiin mainitsemallasi SI-määritelmällä. Nämä atomikellomittaukset tuottavat siis saman saman suhteellisen tarkkuuden etäisyyksillä $ x $ ja kertaa $ t $, jos $ x \ noin ct $.
- Atomikellot käyttävät matalataajuisia mikroaaltoja. Varhaiset käyttivät masereita; Uudemmat, tarkemmin sanottuna, jäähdyttävät ainetta lasereilla ja sitten ne tutkivat resonanssitilat onteloiden mukaan, atomilähteissä. Etäisyydet mitataan samankaltaisella säteilyllä ja interferometrialla – suurimman tarkkuuden saavuttamiseksi käytetään yleensä lyhyempiä aallonpituuksia (riittävän lyhyillä matkoilla).
- Vau – seuraavan kysymyksen tulisi olla Kuinka etäisyys molemmat vuoret laskettiin niin tarkasti!
- Kuinka R ø yliarvioi Maan halkaisijan ' kiertorata (valo minuutteina) niin paljon?
Vastaa
Kysymyksesi otsikko on valon nopeuden ($ c $) laskemisesta , mutta runko kysyy mittaamisesta $ c $.Toiset ovat vastanneet sinulle mittauskysymyksessä, mutta haluaisin sisällyttää hieman $ c $: n laskemiseen periaatteista.
Valoa sähkömagneettisena ilmiönä kuvaavat Maxwellin yhtälöt:
$$ \ begin {eqnarray} \ nabla \ cdot E & = & \ frac {\ rho} {\ epsilon_0} \\ \ nabla \ cdot B & = & 0 \ n \ nabla \ kertaa E & = & – \ frac {\ osittainen B} {\ osittainen t} \\ \ nabla \ kertaa B & = & \ mu_0 J + \ mu_0 \ epsilon_0 \ frac {\ osittainen E} {\ osittainen t} \ loppu {eqnarray} $$
missä $ \ rho $ on lataustiheys, $ J $ on nykyinen tiheys, $ E $ ja $ B $ ovat vastaavasti sähkö- ja magneettikentät, $ \ mu_0 $ on vapaan tilan magneettinen läpäisevyys ja $ \ epsilon_0 $ on vapaan tilan sähköinen läpäisevyys. Jos varauksia ei ole, yksi ratkaisu näihin yhtälöihin on liikkuva tasoaalto, jonka nopeus on
$$ c = \ frac {1} {\ sqrt {\ mu_0 \ epsilon_0}} $$
Tämä jättää tietysti ongelman mitata $ \ mu_0 $ ja $ \ epsilon_0 $, mutta se on hieno osoitus siitä, että valo on todella sähkömagneettinen ilmiö. Lisäbonuksena dollareita $ \ mu_0 $ ja $ \ epsilon_0 $ voidaan mitata monin eri tavoin ilman suurta aikaresoluutiota.