Një pajisje për matjen e shpejtësisë së dritës. Si u mat shpejtësia e dritës dhe cila është vlera e saj reale?

Shpejtësia e dritës është distanca që përshkon drita për njësi të kohës. Kjo vlerë varet nga substanca në të cilën përhapet drita.

Në vakum, shpejtësia e dritës është 299,792,458 m/s. Kjo është shpejtësia më e lartë që mund të arrihet. Kur zgjidhen probleme që nuk kërkojnë saktësi të veçantë, kjo vlerë merret e barabartë me 300,000,000 m/s. Supozohet se të gjitha llojet e rrezatimit elektromagnetik përhapen në një vakum me shpejtësinë e dritës: valët e radios, rrezatimi infra të kuqe, drita e dukshme, rrezatimi ultravjollcë, rrezet x, rrezatimi gama. Përcaktohet me një letër Me .

Si u përcaktua shpejtësia e dritës?

Në kohët e lashta, shkencëtarët besonin se shpejtësia e dritës ishte e pafundme. Më vonë, diskutimet për këtë çështje filluan midis shkencëtarëve. Kepler, Descartes dhe Fermat u pajtuan me mendimin e shkencëtarëve të lashtë. Dhe Galileo dhe Hooke besonin se, megjithëse shpejtësia e dritës është shumë e lartë, ajo ende ka një vlerë të kufizuar.

Galileo Galilei

Një nga të parët që u përpoq të matte shpejtësinë e dritës ishte shkencëtari italian Galileo Galilei. Gjatë eksperimentit, ai dhe ndihmësi i tij ishin në kodra të ndryshme. Galileo hapi grilat në fenerin e tij. Në momentin kur asistenti pa këtë dritë, ai duhej të bënte të njëjtat veprime me fenerin e tij. Koha që iu desh që drita të udhëtonte nga Galileo te asistenti dhe mbrapa doli të ishte aq e shkurtër sa Galileo kuptoi se shpejtësia e dritës ishte shumë e lartë dhe është e pamundur ta matësh atë në një distancë kaq të shkurtër, pasi drita udhëton pothuajse në çast. Dhe koha që ai regjistroi tregon vetëm shpejtësinë e reagimit të një personi.

Shpejtësia e dritës u përcaktua për herë të parë në 1676 nga astronomi danez Olaf Roemer duke përdorur distancat astronomike. Duke përdorur një teleskop për të vëzhguar eklipsin e hënës së Jupiterit Io, ai zbuloi se ndërsa Toka largohet nga Jupiteri, çdo eklips pasues ndodh më vonë se sa është llogaritur. Vonesa maksimale, kur Toka lëviz në anën tjetër të Diellit dhe largohet nga Jupiteri në një distancë të barabartë me diametrin e orbitës së Tokës, është 22 orë. Megjithëse diametri i saktë i Tokës nuk dihej në atë kohë, shkencëtari e ndau vlerën e saj të përafërt me 22 orë dhe mori një vlerë prej rreth 220,000 km/s.

Olaf Roemer

Rezultati i marrë nga Roemer shkaktoi mosbesim midis shkencëtarëve. Por në 1849, fizikani francez Armand Hippolyte Louis Fizeau mati shpejtësinë e dritës duke përdorur metodën e grilave rrotulluese. Në eksperimentin e tij, drita nga një burim kaloi midis dhëmbëve të një rrote rrotulluese dhe u drejtua në një pasqyrë. I reflektuar prej tij, ai u kthye prapa. Shpejtësia e rrotullimit të timonit u rrit. Kur arriti një vlerë të caktuar, rrezja e reflektuar nga pasqyra u vonua nga një dhëmb që lëvizte dhe vëzhguesi nuk pa asgjë në atë moment.

Përvoja e Fizeau

Fizeau llogariti shpejtësinë e dritës si më poshtë. Drita shkon në rrugën e saj L nga rrota në pasqyrë në një kohë të barabartë me t 1 = 2L/c . Koha që duhet që rrota të rrotullohet ½ e çarë është t 2 = T/2N , Ku T - periudha e rrotullimit të rrotave, N - numri i dhëmbëve. Frekuenca e rrotullimit v = 1/T . Momenti kur vëzhguesi nuk e sheh dritën ndodh kur t 1 = t 2 . Nga këtu marrim formulën për përcaktimin e shpejtësisë së dritës:

c = 4LNv

Pasi kreu llogaritjet duke përdorur këtë formulë, Fizeau përcaktoi atë Me = 313,000,000 m/s. Ky rezultat ishte shumë më i saktë.

Armand Hippolyte Louis Fizeau

Në 1838, fizikani dhe astronomi francez Dominique François Jean Arago propozoi përdorimin e metodës së pasqyrës rrotulluese për të llogaritur shpejtësinë e dritës. Kjo ide u zbatua nga fizikani, mekaniku dhe astronomi francez Jean Bernard Leon Foucault, i cili në vitin 1862 mori vlerën e shpejtësisë së dritës (298,000,000±500,000) m/s.

Dominique Francois Jean Arago

Në 1891, rezultati i astronomit amerikan Simon Newcome doli të ishte një rend i madhësisë më i saktë se rezultati i Foucault. Si rezultat i llogaritjeve të tij Me = (99,810,000±50,000) m/s.

Hulumtimi i fizikanit amerikan Albert Abraham Michelson, i cili përdori një strukturë me një pasqyrë tetëkëndore rrotulluese, bëri të mundur përcaktimin edhe më të saktë të shpejtësisë së dritës. Në vitin 1926, shkencëtari mati kohën që i duhej dritës për të përshkuar distancën midis majave të dy maleve, e barabartë me 35.4 km, dhe mori Me = (299,796,000±4,000) m/s.

Matja më e saktë u krye në vitin 1975. Në të njëjtin vit, Konferenca e Përgjithshme për Peshat dhe Masat rekomandoi që shpejtësia e dritës të konsiderohej e barabartë me 299,792,458 ± 1,2 m/s.

Nga se varet shpejtësia e dritës?

Shpejtësia e dritës në një vakum nuk varet nga korniza e referencës ose nga pozicioni i vëzhguesit. Ajo mbetet konstante, e barabartë me 299,792,458 ± 1,2 m/s. Por në media të ndryshme transparente kjo shpejtësi do të jetë më e ulët se shpejtësia e saj në vakum. Çdo medium transparent ka një densitet optik. Dhe sa më i lartë të jetë, aq më e ngadaltë përhapet shpejtësia e dritës në të. Për shembull, shpejtësia e dritës në ajër është më e lartë se shpejtësia e saj në ujë, dhe në xhamin e pastër optik është më e ulët se në ujë.

Nëse drita lëviz nga një mjedis më pak i dendur në një mjedis më të dendur, shpejtësia e saj zvogëlohet. Dhe nëse kalimi ndodh nga një medium më i dendur në një më pak të dendur, atëherë shpejtësia, përkundrazi, rritet. Kjo shpjegon pse rrezja e dritës devijohet në kufirin e tranzicionit midis dy mediave.

Përfaqësimi i artistit i një anije kozmike duke bërë kërcimin në "shpejtësinë e dritës". Kredia: NASA/Glenn Research Center.

Që nga kohërat e lashta, filozofët dhe shkencëtarët janë përpjekur të kuptojnë dritën. Përveç përpjekjes për të përcaktuar vetitë e saj themelore (d.m.th. nëse është një grimcë apo valë, etj.), ata gjithashtu kërkuan të bënin matje të fundme se sa shpejt lëviz. Që nga fundi i shekullit të 17-të, shkencëtarët kanë bërë pikërisht këtë, dhe me saktësi në rritje.

Duke bërë këtë, ata fituan një kuptim më të mirë të mekanikës së dritës dhe se si ajo luan një rol të rëndësishëm në fizikë, astronomi dhe kozmologji. E thënë thjesht, drita udhëton me shpejtësi të jashtëzakonshme dhe është objekti që lëviz më shpejt në univers. Shpejtësia e saj është një pengesë konstante dhe e padepërtueshme dhe përdoret si masë e distancës. Por sa shpejt po lëviz?

Shpejtësia e dritës (s):

Drita lëviz me një shpejtësi konstante prej 1,079,252,848.8 km/h (1.07 miliardë). Që rezulton të jetë 299.792.458 m/s. Le të vendosim gjithçka në vendin e vet. Nëse mund të udhëtoni me shpejtësinë e dritës, mund të rrethoni globin rreth shtatë herë e gjysmë në sekondë. Ndërkohë, një personi që fluturon me një shpejtësi mesatare prej 800 km/h do t'i duheshin më shumë se 50 orë për të lundruar rreth planetit.

Një ilustrim që tregon distancën që kalon drita midis Tokës dhe Diellit. Kredia: LucasVB / Domeni Publik.

Le ta shohim këtë nga një këndvështrim astronomik, distanca mesatare prej 384,398.25 km. Prandaj, drita e kalon këtë distancë për rreth një sekondë. Ndërkohë, mesatarja është 149,597,886 km, që do të thotë se i duhen vetëm rreth 8 minuta dritë për të realizuar këtë udhëtim.

Nuk është çudi atëherë pse shpejtësia e dritës është metrika e përdorur për të përcaktuar distancat astronomike. Kur themi se një yll si , është 4.25 vite dritë larg, nënkuptojmë që të udhëtosh me një shpejtësi konstante prej 1.07 miliardë km/h do të duheshin rreth 4 vjet e 3 muaj për të arritur atje. Por si arritëm në këtë vlerë shumë specifike për shpejtësinë e dritës?

Historia e studimit:

Deri në shekullin e 17-të, shkencëtarët ishin të sigurt se drita udhëtonte me një shpejtësi të kufizuar ose në çast. Që nga koha e grekëve të lashtë deri te teologët islamikë mesjetarë dhe studiuesit modernë, ka pasur debate. Por derisa u shfaq puna e astronomit danez Ole Roemer (1644-1710), në të cilën u kryen matjet e para sasiore.

Në vitin 1676, Römer vuri re se periudhat e hënës më të brendshme të Jupiterit Io dukeshin më të shkurtra kur Toka po i afrohej Jupiterit sesa kur ajo po largohej. Nga kjo ai arriti në përfundimin se drita udhëton me një shpejtësi të kufizuar dhe vlerësohet se duhen rreth 22 minuta për të kaluar diametrin e orbitës së Tokës.

Profesor Albert Einstein në Leksionin e 11-të të Josiah Willard Gibbs në Institutin e Teknologjisë Carnegie më 28 dhjetor 1934, ku ai shpjegon teorinë e tij se materia dhe energjia janë e njëjta gjë në forma të ndryshme. Kredia: AP Photo

Christiaan Huygens e përdori këtë vlerësim dhe e kombinoi atë me një vlerësim të diametrit të orbitës së Tokës për të arritur në një vlerësim prej 220,000 km/s. Isaac Njutoni gjithashtu raportoi mbi llogaritjet e Roemer-it në veprën e tij kryesore të vitit 1706 Optika. Duke rregulluar distancën midis Tokës dhe Diellit, ai llogariti se drita do të merrte shtatë ose tetë minuta për të udhëtuar nga njëra në tjetrën. Në të dyja rastet ka pasur një gabim relativisht të vogël.

Matjet e mëvonshme nga fizikanët francezë Hippolyte Fizeau (1819-1896) dhe Léon Foucault (1819-1868) i rafinuan këto shifra, duke çuar në një vlerë prej 315,000 km/s. Dhe nga gjysma e dytë e shekullit të 19-të, shkencëtarët u bënë të vetëdijshëm për lidhjen midis dritës dhe elektromagnetizmit.

Kjo u arrit nga fizikanët duke matur ngarkesat elektromagnetike dhe elektrostatike. Më pas ata zbuluan se vlera numerike ishte shumë afër shpejtësisë së dritës (siç matet nga Fizeau). Bazuar në punën e tij, e cila tregoi se valët elektromagnetike përhapen në hapësirën boshe, fizikani gjerman Wilhelm Eduard Weber propozoi që drita ishte një valë elektromagnetike.

Zbulimi tjetër i madh erdhi në fillim të shekullit të 20-të. Në punimin e tij me titull "Drejt elektrodinamikës së trupave në lëvizje", Albert Ajnshtajni thotë se shpejtësia e dritës në vakum, e matur nga një vëzhgues me shpejtësi konstante, është e njëjtë në të gjitha kornizat inerciale të referencës dhe është e pavarur nga lëvizja e burimi ose vëzhguesi.

Një rreze lazer që shkëlqen përmes një gote me ujë tregon se sa shumë ndryshime pëson ndërsa kalon nga ajri në gotë në ujë dhe përsëri në ajër. Kredia: Bob King.

Duke përdorur këtë deklaratë dhe parimin e relativitetit të Galileos si bazë, Ajnshtajni nxori teorinë speciale të relativitetit, në të cilën shpejtësia e dritës në një vakum (c) është një konstante themelore. Para kësaj, marrëveshja midis shkencëtarëve ishte se hapësira ishte e mbushur me një "eter ndriçues", i cili ishte përgjegjës për përhapjen e tij - d.m.th. drita që lëviz nëpër një medium lëvizës do të zbresë në bishtin e mediumit.

Kjo nga ana tjetër do të thotë se shpejtësia e matur e dritës do të ishte shuma e thjeshtë e shpejtësisë së saj përmes një mediumi plus shpejtësinë e atij mediumi. Megjithatë, teoria e Ajnshtajnit e bëri konceptin e një eteri të palëvizshëm të padobishëm dhe ndryshoi konceptin e hapësirës dhe kohës.

Jo vetëm që avancoi idenë se shpejtësia e dritës është e njëjtë në të gjitha kornizat inerciale, por gjithashtu sugjeroi që ndryshime të mëdha ndodhin kur gjërat lëvizin afër shpejtësisë së dritës. Këto përfshijnë kornizën hapësinore-kohore të një trupi në lëvizje që duket se ngadalësohet dhe drejtimin e lëvizjes kur matja është nga këndvështrimi i vëzhguesit (d.m.th., zgjerimi relativist i kohës, ku koha ngadalësohet ndërsa i afrohet shpejtësisë së dritës) .

Vëzhgimet e tij gjithashtu pajtohen me ekuacionet e Maksuellit për elektricitetin dhe magnetizmin me ligjet e mekanikës, thjeshtojnë llogaritjet matematikore duke shmangur argumentet e palidhura të shkencëtarëve të tjerë dhe janë në përputhje me vëzhgimin e drejtpërdrejtë të shpejtësisë së dritës.

Sa të ngjashme janë materia dhe energjia?

Në gjysmën e dytë të shekullit të 20-të, matje gjithnjë e më të sakta duke përdorur interferometra lazer dhe zgavra rezonante rafinuan më tej vlerësimet e shpejtësisë së dritës. Deri në vitin 1972, një grup në Byronë Kombëtare të Standardeve të SHBA-së në Boulder, Kolorado, përdori interferometrinë lazer për të arritur në vlerën e pranuar aktualisht prej 299,792,458 m/s.

Roli në astrofizikën moderne:

Teoria e Ajnshtajnit se shpejtësia e dritës në një vakum nuk varet nga lëvizja e burimit dhe korniza inerciale e referencës së vëzhguesit që atëherë është konfirmuar pa ndryshim nga shumë eksperimente. Ai gjithashtu vendos një kufi të sipërm në shpejtësinë me të cilën të gjitha grimcat pa masë dhe valët (përfshirë dritën) mund të udhëtojnë në vakum.

Një rezultat i kësaj është se kozmologjitë tani e shohin hapësirën dhe kohën si një strukturë të vetme të njohur si hapësirë-kohë, në të cilën shpejtësia e dritës mund të përdoret për të përcaktuar vlerën e të dyjave (d.m.th., vitet e dritës, minutat e dritës dhe sekondat e dritës). Matja e shpejtësisë së dritës mund të jetë gjithashtu një faktor i rëndësishëm në përcaktimin e përshpejtimit të zgjerimit të Universit.

Në fillim të viteve 1920, me vëzhgimet e Lemaître dhe Hubble, shkencëtarët dhe astronomët u bënë të vetëdijshëm se Universi po zgjerohej nga pika e tij e origjinës. Hubble gjithashtu vuri re se sa më larg të jetë një galaktikë, aq më shpejt lëviz. Ajo që tani quhet konstanta e Hubble është shpejtësia me të cilën Universi po zgjerohet, është e barabartë me 68 km/s për megaparsek.

Sa shpejt po zgjerohet Universi?

Ky fenomen, i paraqitur si teori, do të thotë se disa galaktika në fakt mund të lëvizin më shpejt se shpejtësia e dritës, gjë që mund të vendosë një kufi në atë që vëzhgojmë në universin tonë. Në thelb, galaktikat që udhëtojnë më shpejt se shpejtësia e dritës do të kalonin "horizontin e ngjarjeve kozmologjike" ku nuk janë më të dukshme për ne.

Për më tepër, deri në vitet 1990, matjet e zhvendosjes së kuqe të galaktikave të largëta treguan se zgjerimi i Universit është përshpejtuar gjatë disa miliardë viteve të fundit. Kjo çoi në teorinë e "Energjisë së Errët", ku një forcë e padukshme drejton vetë zgjerimin e hapësirës, ​​në vend që objektet që lëvizin nëpër të (pa vendosur një kufi në shpejtësinë e dritës ose pa thyer relativitetin).

Së bashku me relativitetin special dhe të përgjithshëm, vlera moderne për shpejtësinë e dritës në vakum ka evoluar nga kozmologjia, mekanika kuantike dhe Modeli Standard i fizikës së grimcave. Ajo mbetet konstante kur bëhet fjalë për kufirin e sipërm në të cilin grimcat pa masë mund të lëvizin dhe mbetet një pengesë e paarritshme për grimcat me masë.

Ndoshta një ditë do të gjejmë një mënyrë për të tejkaluar shpejtësinë e dritës. Ndërsa ne nuk kemi ide praktike se si mund të ndodhë kjo, duket se "paratë e zgjuara" në teknologji do të na lejojnë të anashkalojmë ligjet e hapësirë-kohës, ose duke krijuar flluska deformuese (aka. Alcubierre warp drive) ose duke tunele nëpër të (aka. vrimat e krimbit).

Çfarë janë vrimat e krimbave?

Deri atëherë, ne thjesht do të duhet të jemi të kënaqur me Universin që shohim, dhe të qëndrojmë në eksplorimin e pjesës që mund të arrihet duke përdorur metoda konvencionale.

Titulli i artikullit që keni lexuar "Sa është shpejtësia e dritës?".

Vërtet, si? Si të matni shpejtësinë më të lartë në Universi në kushtet tona modeste, tokësore? Ne nuk kemi më nevojë të grumbullojmë trurin tonë për këtë - në fund të fundit, gjatë disa shekujve, kaq shumë njerëz kanë punuar në këtë çështje, duke zhvilluar metoda për matjen e shpejtësisë së dritës. Le ta fillojmë historinë me radhë.

Shpejtësia e dritës– shpejtësia e përhapjes së valëve elektromagnetike në vakum. Shënohet me shkronjën latine c. Shpejtësia e dritës është afërsisht 300,000,000 m/s.

Në fillim, askush nuk mendoi për çështjen e matjes së shpejtësisë së dritës. Ka dritë - kjo është e mrekullueshme. Më pas, në epokën e antikitetit, mendimi mbizotërues midis filozofëve shkencorë ishte se shpejtësia e dritës është e pafundme, domethënë e menjëhershme. Pastaj ndodhi Mesjeta me Inkuizicionin, kur pyetja kryesore e njerëzve të menduar dhe përparimtar ishte "Si të shmangim kapjen në zjarr?" Dhe vetëm në epoka Rilindja Dhe iluminizmi Mendimet e shkencëtarëve u shumëfishuan dhe, natyrisht, u ndanë.

Kështu që, Dekarti, Keplerit Dhe Fermë ishin të të njëjtit mendim si shkencëtarët e lashtësisë. Por ai besonte se shpejtësia e dritës është e kufizuar, megjithëse shumë e lartë. Në fakt, ai bëri matjen e parë të shpejtësisë së dritës. Më saktësisht, ai bëri përpjekjen e parë për ta matur atë.

Eksperimenti i Galileos

Përvoja Galileo Galilei ishte e shkëlqyer në thjeshtësinë e saj. Shkencëtari kreu një eksperiment për të matur shpejtësinë e dritës, i armatosur me mjete të thjeshta të improvizuara. Në një distancë të madhe dhe të njohur nga njëri-tjetri, në kodra të ndryshme, Galileo dhe ndihmësi i tij qëndronin me fenerë të ndezur. Njëri prej tyre hapi qepen në fener dhe i dyti duhej të bënte të njëjtën gjë kur pa dritën e fenerit të parë. Duke ditur distancën dhe kohën (vonesa përpara se ndihmësi të hapte fenerin), Galileo priste të llogariste shpejtësinë e dritës. Fatkeqësisht, që ky eksperiment të kishte sukses, Galileo dhe ndihmësi i tij duhej të zgjidhnin kodrat që ishin disa milionë kilometra larg njëra-tjetrës. Dua t'ju kujtoj se mundeni duke plotësuar një aplikacion në faqen e internetit.

Eksperimentet e Roemer dhe Bradley

Eksperimenti i parë i suksesshëm dhe çuditërisht i saktë në përcaktimin e shpejtësisë së dritës ishte ai i një astronomi danez Olaf Roemer. Roemer përdori metodën astronomike të matjes së shpejtësisë së dritës. Në vitin 1676, ai vëzhgoi satelitin e Jupiterit Io përmes një teleskopi dhe zbuloi se koha e eklipsit të satelitit ndryshon ndërsa Toka largohet nga Jupiteri. Koha maksimale e vonesës ishte 22 minuta. Duke llogaritur se Toka po largohet nga Jupiteri në një distancë të diametrit të orbitës së Tokës, Roemer ndau vlerën e përafërt të diametrit me kohën e vonesës dhe mori një vlerë prej 214,000 kilometra në sekondë. Sigurisht, një llogaritje e tillë ishte shumë e përafërt, distancat midis planetëve njiheshin vetëm përafërsisht, por rezultati doli të ishte relativisht afër së vërtetës.

Përvoja e Bradley-t. Në 1728 James Bradley vlerësoi shpejtësinë e dritës duke vëzhguar devijimin e yjeve. Abberimiështë një ndryshim në pozicionin e dukshëm të një ylli i shkaktuar nga lëvizja e tokës në orbitën e tij. Duke ditur shpejtësinë e Tokës dhe duke matur këndin e devijimit, Bradley mori një vlerë prej 301,000 kilometra në sekondë.

Përvoja e Fizeau

Bota shkencore e asaj kohe reagoi me mosbesim ndaj rezultatit të eksperimentit të Roemer dhe Bradley. Sidoqoftë, rezultati i Bradley ishte më i saktë për më shumë se njëqind vjet, deri në 1849. Atë vit, një shkencëtar francez Armand Fizeau mati shpejtësinë e dritës duke përdorur metodën e grilave rrotulluese, pa vëzhguar trupat qiellorë, por këtu në Tokë. Në fakt, kjo ishte metoda e parë laboratorike për matjen e shpejtësisë së dritës që nga Galileo. Më poshtë është një diagram i konfigurimit të tij laboratorik.

Drita, e reflektuar nga pasqyra, kalonte nëpër dhëmbët e timonit dhe reflektohej nga një pasqyrë tjetër, 8.6 kilometra larg. Shpejtësia e timonit u rrit derisa drita u bë e dukshme në hendekun tjetër. Llogaritjet e Fizeau dhanë një rezultat prej 313,000 kilometrash në sekondë. Një vit më vonë, një eksperiment i ngjashëm me një pasqyrë rrotulluese u krye nga Leon Foucault, i cili mori një rezultat prej 298,000 kilometrash në sekondë.

Me ardhjen e maserëve dhe lazerëve, njerëzit kanë mundësi dhe mënyra të reja për të matur shpejtësinë e dritës, dhe zhvillimi i teorisë bëri të mundur edhe llogaritjen e shpejtësisë së dritës në mënyrë indirekte, pa bërë matje të drejtpërdrejta.

Vlera më e saktë e shpejtësisë së dritës

Njerëzimi ka grumbulluar përvojë të madhe në matjen e shpejtësisë së dritës. Sot, vlera më e saktë për shpejtësinë e dritës konsiderohet të jetë 299.792.458 metra në sekondë, marrë në vitin 1983. Është interesante se matja më tej, më e saktë e shpejtësisë së dritës doli të jetë e pamundur për shkak të gabimeve në matje metra. Aktualisht, vlera e një metri është e lidhur me shpejtësinë e dritës dhe është e barabartë me distancën që drita kalon në 1/299,792,458 të sekondës.

Në fund, si gjithmonë, ju sugjerojmë të shikoni një video edukative. Miq, edhe nëse përballeni me një detyrë të tillë si matja e pavarur e shpejtësisë së dritës duke përdorur mjete të improvizuara, mund t'i drejtoheni me siguri autorëve tanë për ndihmë. Ju mund të plotësoni një aplikim në faqen e internetit të Studentit të Korrespondencës. Ju dëshirojmë një studim të këndshëm dhe të lehtë!

Në vitin 1676, astronomi danez Ole Römer bëri vlerësimin e parë të përafërt të shpejtësisë së dritës. Roemer vuri re një mospërputhje të lehtë në kohëzgjatjen e eklipseve të hënave të Jupiterit dhe arriti në përfundimin se lëvizja e Tokës, qoftë duke u afruar ose duke u larguar nga Jupiteri, ndryshoi distancën që drita e reflektuar nga hënat duhej të udhëtonte.

Duke matur madhësinë e kësaj mospërputhjeje, Roemer llogariti se shpejtësia e dritës është 219,911 kilometra në sekondë. Në një eksperiment të mëvonshëm në 1849, fizikani francez Armand Fizeau zbuloi se shpejtësia e dritës ishte 312,873 kilometra në sekondë.

Siç tregohet në figurën e mësipërme, konfigurimi eksperimental i Fizeau përbëhej nga një burim drite, një pasqyrë e tejdukshme që reflekton vetëm gjysmën e dritës që bie mbi të, duke lejuar pjesën tjetër të kalonte përmes një rrote ingranazhi rrotullues dhe një pasqyre të palëvizshme. Kur drita goditi pasqyrën e tejdukshme, ajo u reflektua në një rrotë ingranazhi, e cila e ndau dritën në rreze. Pas kalimit përmes një sistemi lente fokusimi, çdo rreze drite reflektohej nga një pasqyrë e palëvizshme dhe kthehej përsëri në timonin e ingranazhit. Duke bërë matje të sakta të shpejtësisë me të cilën rrota e ingranazhit bllokoi rrezet e reflektuara, Fizeau ishte në gjendje të llogariste shpejtësinë e dritës. Kolegu i tij Jean Foucault e përmirësoi këtë metodë një vit më vonë dhe zbuloi se shpejtësia e dritës është 297,878 kilometra në sekondë. Kjo vlerë ndryshon pak nga vlera moderne prej 299,792 kilometra në sekondë, e cila llogaritet duke shumëzuar gjatësinë e valës dhe frekuencën e rrezatimit lazer.

Eksperimenti i Fizeau

Siç tregohet në fotot e mësipërme, drita udhëton përpara dhe kthehet prapa përmes të njëjtit boshllëk midis dhëmbëve të timonit kur rrota rrotullohet ngadalë (foto e poshtme). Nëse rrota rrotullohet shpejt (foto e sipërme), një dhëmbëz ngjitur bllokon dritën që kthehet.

Rezultatet e Fizeau

Duke e vendosur pasqyrën 8,64 kilometra larg ingranazhit, Fizeau përcaktoi se shpejtësia e rrotullimit të ingranazhit të kërkuar për të bllokuar rrezen e dritës që kthehej ishte 12,6 rrotullime në sekondë. Duke ditur këto shifra, si dhe distancën e përshkuar nga drita, dhe distancën që duhet të kalonte ingranazhi për të bllokuar rrezen e dritës (e barabartë me gjerësinë e hendekut midis dhëmbëve të timonit), ai llogariti se rrezja e dritës mori 0,000055 sekonda për të kaluar distancën nga marshi në pasqyrë dhe mbrapa. Duke pjesëtuar me këtë kohë distancën totale prej 17.28 kilometrash të përshkuar nga drita, Fizeau mori një vlerë për shpejtësinë e saj prej 312873 kilometra në sekondë.

Eksperimenti i Foucault

Në 1850, fizikani francez Jean Foucault përmirësoi teknikën e Fizeau duke zëvendësuar rrotën e ingranazheve me një pasqyrë rrotulluese. Drita nga burimi arriti te vëzhguesi vetëm kur pasqyra përfundoi një rrotullim të plotë 360° gjatë intervalit kohor midis nisjes dhe kthimit të rrezes së dritës. Duke përdorur këtë metodë, Foucault mori një vlerë për shpejtësinë e dritës prej 297878 kilometra në sekondë.

Akordi i fundit në matjen e shpejtësisë së dritës.

Shpikja e lazerëve u ka mundësuar fizikantëve të masin shpejtësinë e dritës me saktësi shumë më të madhe se kurrë më parë. Në vitin 1972, shkencëtarët në Institutin Kombëtar të Standardeve dhe Teknologjisë matën me kujdes gjatësinë e valës dhe frekuencën e një rreze lazer dhe regjistruan shpejtësinë e dritës, produkt i këtyre dy variablave, në 299,792,458 metra për sekondë (186,282 milje në sekondë). Një nga pasojat e kësaj matjeje të re ishte vendimi i Konferencës së Përgjithshme të Peshave dhe Masave për të miratuar si njehsor standard (3,3 këmbë) distancën që drita kalon në 1/299,792,458 të sekondës. Kështu / shpejtësia e dritës, konstanta më e rëndësishme themelore në fizikë, tani llogaritet me besim shumë të lartë dhe matësi i referencës mund të përcaktohet shumë më saktë se kurrë më parë.

1) Shpejtësia e dritës u mat për herë të parë nga shkencëtari danez Roemer në 1676 duke përdorur metodën astronomike. Ai caktoi kohën kur hëna më e madhe e Jupiterit, Io, ishte në hijen e këtij planeti të madh.

Roemer bëri matjet në momentin kur planeti ynë ishte më afër Jupiterit, dhe në momentin kur ne ishim pak më larg nga Jupiteri në aspektin astronomik. Në rastin e parë, intervali midis shpërthimeve ishte 48 orë 28 minuta. Në rastin e dytë, sateliti u vonua 22 minuta. Nga kjo u arrit në përfundimin se dritës i nevojiteshin 22 minuta për të kaluar distancën nga vëzhgimi i mëparshëm në vëzhgimin aktual. Kështu, teoria për shpejtësinë e kufizuar të dritës u vërtetua dhe shpejtësia e saj ishte përafërsisht 299,800 km/s.

2) Metoda laboratorike ju lejon të përcaktoni shpejtësinë e dritës në një distancë të shkurtër dhe me saktësi të madhe. Eksperimentet e para laboratorike u kryen nga Foucault, dhe më pas nga Fizeau.

Shkencëtarët dhe eksperimentet e tyre

Shpejtësia e dritës u përcaktua për herë të parë në 1676 nga O. K. Roemer nga ndryshimi në intervalet kohore midis eklipseve të satelitëve të Jupiterit. Në 1728, ajo u themelua nga J. Bradley, bazuar në vëzhgimet e tij të devijimit të dritës së yjeve. Në vitin 1849, A.I.L Fizeau ishte i pari që mati shpejtësinë e dritës me kohën që i duhet dritës për të përshkuar një distancë saktësisht të njohur (bazë), pasi indeksi i thyerjes së ajrit ndryshon shumë pak nga 1, matjet në tokë japin një vlerë shumë të madhe. afër shpejtësisë.

Përvoja e Fizeau

Eksperimenti Fizeau është një eksperiment për të përcaktuar shpejtësinë e dritës në mjetet lëvizëse (trupat), i kryer në 1851 nga Louis Fizeau. Eksperimenti demonstron efektin e shtimit relativist të shpejtësive. Emri i Fizeau shoqërohet gjithashtu me eksperimentin e parë mbi përcaktimin laboratorik të shpejtësisë së dritës.

Në eksperimentin e Fizeau, një rreze drite nga një burim drite S, e reflektuar nga një pasqyrë e tejdukshme 3, ndërpritet periodikisht nga një disk me dhëmbë rrotullues 2, kaloi bazën 4-1 (rreth 8 km) dhe, e reflektuar nga pasqyra 1, u kthye në diskun. Kur drita godiste dhëmbin, ajo nuk arrinte te vëzhguesi dhe drita që binte në hendekun midis dhëmbëve mund të vëzhgohej përmes okularit 4. Bazuar në shpejtësitë e njohura të rrotullimit të diskut, koha që iu desh dritës për të u përcaktua udhëtimi nëpër bazë. Fizeau mori vlerën c = 313300 km/s.

Përvoja e Foucault

Në 1862, J. B. L. Foucault zbatoi idenë e shprehur në 1838 nga D. Argo, duke përdorur një pasqyrë që rrotullohet me shpejtësi (512 rrotullime në sekondë) në vend të një disku me dhëmbë. Duke u reflektuar nga pasqyra, një rreze drite u drejtua në bazë dhe pas kthimit ra përsëri në të njëjtën pasqyrë, e cila kishte arritur të rrotullohej përmes një këndi të caktuar të vogël. Me një bazë prej vetëm 20 m, Foucault zbuloi se shpejtësia e dritës është 298,000,500 km/s. Skemat dhe idetë themelore të metodave Fizeau dhe Foucault u përdorën në mënyrë të përsëritur në punimet e mëvonshme për përcaktimin e shpejtësisë së dritës.

Përcaktimi i shpejtësisë së dritës me metodën e pasqyrës rrotulluese (metoda Foucault): S – burim drite; R - pasqyrë me rrotullim të shpejtë; C është një pasqyrë konkave fikse qendra e së cilës përkon me boshtin e rrotullimit R (kështu që drita e reflektuar nga C gjithmonë bie përsëri në R); M - pasqyrë e tejdukshme; L – lente; E – okular; RC - distanca e matur me saktësi (baza). Vija me pika tregon pozicionin R, i cili ka ndryshuar gjatë kohës që drita përshkon shtegun RC dhe mbrapa, dhe shtegun e kundërt të rrezes së rrezeve përmes thjerrëzës L, e cila mbledh rrezen e reflektuar në pikën S', dhe jo në pika S, siç do të ishte rasti me një pasqyrë të palëvizshme R. Shpejtësia e dritës përcaktohet duke matur zhvendosjen SS'.

Vlera c = 299796 4 km/s e marrë nga A. Michelson në vitin 1926 ishte atëherë më e sakta dhe u përfshi në tabelat ndërkombëtare të sasive fizike. fibër optike me shpejtësi të dritës

Matjet e shpejtësisë së dritës në shekullin e 19-të luajtën një rol të madh në fizikë, duke konfirmuar më tej teorinë valore të dritës. Krahasimi i Foucault në 1850 i shpejtësisë së dritës me të njëjtën frekuencë në ajër dhe ujë tregoi se shpejtësia në ujë është u = c/n(n), siç parashikohet nga teoria e valës. U krijua gjithashtu një lidhje midis optikës dhe teorisë së elektromagnetizmit: shpejtësia e matur e dritës përkoi me shpejtësinë e valëve elektromagnetike, e llogaritur nga raporti i njësive elektromagnetike dhe elektrostatike të ngarkesës elektrike.

Matjet moderne të shpejtësisë së dritës përdorin një metodë të modernizuar Fizeau, duke zëvendësuar rrotën e ingranazhit me një ndërhyrje ose ndonjë modulator tjetër të dritës që ndërpret ose zbut plotësisht rrezen e dritës. Marrësi i rrezatimit është një fotocelë ose shumëzues fotoelektrik. Përdorimi i një lazeri si burim drite, një modulator tejzanor me një frekuencë të stabilizuar dhe duke rritur saktësinë e matjes së gjatësisë bazë do të reduktojë gabimet e matjes dhe do të marrë një vlerë prej c = 299792.5 0.15 km/s. Përveç matjeve të drejtpërdrejta të shpejtësisë së dritës bazuar në kohën e kalimit të një baze të njohur, përdoren gjerësisht metoda indirekte, duke dhënë saktësi më të madhe.

Matja më e saktë e vlerës "c" është jashtëzakonisht e rëndësishme jo vetëm në aspektin e përgjithshëm teorik dhe për përcaktimin e vlerave të sasive të tjera fizike, por edhe për qëllime praktike. Për ta, në veçanti. I referohet përcaktimit të distancave në kohën e kalimit të sinjaleve të radios ose dritës në radar, rrezen optike, rrezen e dritës dhe matje të tjera të ngjashme.

Gama e lehtë

Gjetësi i rrezes së dritës është një pajisje gjeodezike që ju lejon të matni distancat prej dhjetëra (nganjëherë qindra) kilometra me saktësi të lartë (deri në disa milimetra). Për shembull, një gjetës i rrezes mat distancën nga Toka në Hënë me një saktësi prej disa centimetrash.

Gjetësi i distancës me laser është një pajisje për matjen e distancave duke përdorur një rreze lazer.