Hogyan számítják ki a fénysebességet? A fizikai tudásom arra korlátozódik, hogy mennyit tanultam a középiskoláig. Az egyik módszer, ami eszembe jut: ha fényt dobunk egyik pontról a másikra (ismert távolságra), és megmérjük a megtett időt, akkor megismerhetjük a fénysebességet. de van-e ilyen pontos időmérő eszközünk?
Megjegyzések
- A fénysebességet, mint minden sebességet úgy számítják ki, hogy elosztják a hosszat az idővel szükséges az adott hosszúságú utazáshoz.
- @Georg: alapvetően nem számítanak így sebességet. Rengeteg fizikai törvény van, amely magában foglalja a sebességet, és lehet használni azt, amelyik a legalkalmasabb.
- @Marek, Nem számítunk sebességet ez az arány? De, hogy elmagyarázzam, mire céloztam a megjegyzésemet: el kell indítania " tanulót az örökké " a " és " mérés " kiszámítása. Nem különböztetve meg egy gyakori kezdő hibát.
- @Geord: A " számított " szót mértként értelmeztem. . Mert különben a kérdésnek ' nincs igazán értelme számomra …
Válasz
A Wikipédiából:
Jelenleg a vákuumban a fénysebesség pontosan 299 792 458 m / s (kb. 186 282 mérföld / másodperc). A fénysebesség fix értéke SI egységekben abból adódik, hogy a mérőt a fénysebesség szempontjából határozták meg.
Különböző fizikusok a történelem során megkísérelték megmérni a fénysebességet. Galilei megkísérelte mérni a fény sebességét a XVII. Korai kísérletet végzett a fénysebesség mérésére Ole Rømer dán fizikus 1676-ban. Teleszkóp segítségével Ole megfigyelte a Jupiter és az egyik holdjának, az Io-nak a mozgását. Figyelembe véve az Io pályájának látszólagos periódusának eltéréseit, Rømer kiszámította, hogy a fénynek körülbelül 22 percbe telik a Föld pályájának átmérője. [4] Sajnos akkor még nem ismert a mérete. Ha Ole tudta volna a Föld pályájának átmérőjét, 227 000 000 m / s sebességet számított volna.
A fénysebesség másik, pontosabb mérését Európában Hippolyte Fizeau végezte el. Fizeau fénysugarat irányított a több kilométerre lévő tükörbe. Forgó fogaskereket helyeztek a fénysugár útjába, amikor a forrásból a tükör felé haladt, majd visszatért az eredetéhez. Fizeau megállapította, hogy egy bizonyos forgási sebességgel a gerenda a kerék egyik résén halad át a kiúton, a következő résen pedig a visszaúton. Ismerve a tükör távolságát, a kerék fogainak számát és a forgási sebességet, Fizeau 313 000 000 m / s sebességgel tudta kiszámítani a fénysebességet.
Léon Foucault egy olyan kísérletet alkalmazott, amely forgó tükrökkel 298 000 000 m / s értéket kapott 1862-ben. Albert A. Michelson kísérleteket végzett a fénysebesség 1877-től 1931-ben bekövetkezett haláláig. 1926-ban finomította Foucault módszereit továbbfejlesztett forgó tükrök annak mérésére, hogy mennyi idő kellett az oda-vissza útnak Mt. Wilson és Mt. San Antonio Kaliforniában. A pontos mérések 299 796 000 m / s sebességet eredményeztek.
Megjegyzések
- Jó válasz, +1. Csak annyi, hogy hozzáadom: a távolság és az idő modern pontos mérése mindig " atomi órákon ", a hullámhosszon vagy az időszakosságon alapul. különféle atomok által kibocsátott elektromágneses sugárzás. ' megtudják, hogyan határozták meg a mérőt és a másodikat, mielőtt a fénysebességet rögzítette az Ön által említett SI meghatározás. Ezek az atomóra-mérések tehát ugyanolyan relatív pontosságot eredményeznek a $ x $ és a $ t $ szorzat esetén, ha $ x \ kb ct $.
- Az atomórák alacsony frekvenciájú mikrohullámokat használnak. A korai emberek maszereket használtak; Újabbak, hogy pontosabbak legyünk, lézerekkel hűtsük le az anyagot, majd üregek, atomi szökőkutak segítségével vizsgálják meg a rezonáns állapotokat. A távolságokat hasonló sugárzással és interferometriával mérik – általában rövidebb hullámhosszakat használnak a legnagyobb pontosság eléréséhez (elég rövid távolságokra).
- Wow – a következő kérdésnek hogy kell lennie a két hegy olyan pontosan kiszámítva!
- Hogyan R ø mer túlbecsülte a Föld átmérőjét ' s kering (ennyi percben) ennyivel?
Válasz
A kérdés címe: a fénysebesség ($ c $) kiszámításáról , de a test a mérés $ c $ -ról kérdez.Mások válaszoltak neked a mérési kérdésben, de szeretnék egy kicsit beszámolni a $ c $ elvekből történő kiszámításáról.
A fényt, mint elektromágneses jelenséget, Maxwell egyenletei írják le:
$$ \ begin {eqnarray} \ nabla \ cdot E & = & \ frac {\ rho} {\ epsilon_0} \\ \ nabla \ cdot B & = & 0 \ n \ nabla \ szer E & = & – \ frac {\ részleges B} {\ részleges t} \\ \ nabla \ szeres B & = & \ mu_0 J + \ mu_0 \ epsilon_0 \ frac {\ részleges E} {\ részleges t} \ vége {eqnarray} $$
ahol $ \ rho $ a töltéssűrűség, $ J $ az aktuális sűrűség, $ E $ és $ B $ az elektromos és a mágneses mező, $ \ mu_0 $ a szabad tér mágneses permeabilitása, és $ \ epsilon_0 $ a szabad tér elektromos permittivitása. Töltések hiányában ezeknek az egyenleteknek egyik megoldása a sebességgel haladó síkhullám
$$ c = \ frac {1} {\ sqrt {\ mu_0 \ epsilon_0}} $$
Természetesen ez a $ \ mu_0 $ és $ \ epsilon_0 $ mérési problémát hagyja maga után, de remekül bizonyítja, hogy a fény valóban elektromágneses jelenség. További bónuszként a $ \ mu_0 $ és a $ \ epsilon_0 $ sokféleképpen mérhető, anélkül, hogy nagyon nagy időfelbontást igényelne.