سرعت نور چقدر است؟؛ همه چیز درباره سرعت نور در محیط های مختلف

Имаме нужда от светлина, за да виждаме около нас. Това е най-очевидното обяснение какво е светлина. Все още обаче нямаме правилно разбиране за това. Еволюцията на нашето разбиране за природата на светлината е една от най-очарователните глави в историята на науката. В тази статия за Digiato ще разгледаме скоростта на светлината в различни среди. Преди това е необходимо да се запознаете с природата на светлината.

Каква е природата на светлината?

Има много начини за определяне на светлината; В най-простата дефиниция може да се каже, че светлината е част от Електромагнитно излъчване Е. Електромагнитното излъчване включва набор от различни дължини на вълната – от радио до гама – и видимата светлина е част от електромагнитното излъчване, с дължина на вълната между 380 до 750 nm Определя се като видимо за очите ни.

Когато светлината пътува между две места, енергията протича между тези две точки. Тази енергия се предава под формата на вибрационен модел от електрически и магнитни вълни Електромагнитни вълни Нарича се Тези електрически и магнитни вълни са перпендикулярни и се разпространяват със скоростта на светлината.

Как се произвежда светлина?

Без значение от какъв източник се излъчва светлината, ако навлезем в областта на квантовата физика, откриваме, че светлината се произвежда, когато електроните в атомите и молекулите отделят енергия. Когато електроните на даден обект получат енергия, те скачат на по-високи енергийни нива и освобождават енергия, когато се върнат в първоначалното си състояние. Тази енергия чрез излъчванефотонОтделят се малки частици светлинна енергия.

Светлината се произвежда чрез различни методи, включително ядрен синтез (като звезди), нагряване на обекта до високи температури (като лампа с нажежаема жичка), електрическо възбуждане на електроните на обекта чрез прилагане на напрежение (като фенерче), оптично възбуждане (като като лазер) и др.

Светлината вълна ли е или частица?

Обикновено нашето възприемане на реалността се основава на ежедневни преживявания. По време на царуването на класическата физика и преди появата на кванта винаги се е приемало, че светлината е съставена от малки частици. Всъщност първият човек, който предложи подобно виждане, “Айзък Нютон” Беше. Теорията на частиците на светлината е въведена от Нютон през 1704 г. Тази теория се основава на факта, че светлината се състои от частици, наречениезикОбразуват се (корпускули), които имат незначителна маса, идеално еластични, винаги се разпространяват в права линия, имат кинетична енергия, имат много висока скорост и се излъчват от източници на светлина, като свещи и слънце. Нютон приема, че малките частици светлина могат да имат различни размери и именно тези различни размери произвеждат различни цветове.

Както винаги се подчертава в учебниците, част от описанията на светлината на Нютон са в съответствие с реалността; Например, феномените на отражението на светлината и пречупването на светлината могат лесно да бъдат разбрани с тази теория и техните математически връзки са просто формулирани с предположението, че светлината се разпространява по права линия.

Като цяло, въпреки че повечето от описанията на светлината на Нютон не са неверни, по-късно са наблюдавани явления, които не могат да бъдат описани от теорията на частиците за светлината. 1678, “ХюйгенсХоландският физик основава вълновата теория на светлината и я нарича принцип на Хюйгенс.

Изглеждаше, че след години на предубеждение на учените към теорията на Нютон, теорията на частиците на светлината се проваля; Докато френският физик “Огюстен Жан Френел“, поставя две тънки призми една върху друга и ги осветява през много малък процеп. Ролята на тъмните и светлите ленти не може да се обясни с друго описание освен вълновото свойство на светлината. Френел доказва това явление математически. Освен това през 1815 г. той успява да формулира законите за пречупване на светлината със същата теория. Две години по-късно през 1817 г., английският физик,Томас Йънг“, използвайки модела на вълнова интерференция, изчислява дължината на вълната на светлината; Поради това дълго време изглеждаше, че теорията на частиците за светлината е остаряла и е заменена от вълновата теория за светлината.

Между 1861 и 1864 г. шотландският физикДжеймс Кларк Максуел“, обедини математическите зависимости на магнитните и електрическите полета и предсказа съществуването на електромагнитни вълни. След това историческо единство във физиката, описанието на светлината като електромагнитна вълна става център на вниманието.

Съвременна физика: Светлината има свойства, подобни на частици

Теорията на частиците на светлината е почти забравена до 19 век и всички явления могат да бъдат обяснени чрез вълновото описание на светлината; до “Айнщайн“с квантово описание”Фотоелектричен ефект“, отново възроди теорията за елементарната природа на светлината. Интерпретацията на Айнщайн на фотоелектричния феномен му донесе Нобелова награда през 1921 г.

Отговорът на науката: Светлината е едновременно вълна и частица!

Сега имаше два вида явления: с различни експерименти беше установено, че светлината не винаги е под формата на вълни, нито винаги е под формата на частици, но при някои условия (наблюдение под микроскоп) показва вълнови свойства, а при други условия (макроскопско наблюдение) има свойства на частици; Така в научната общност беше прието, че Светлината е едновременно частица и вълна. Това свойство на светлината се нарича “Двойственост на вълните и частицитеИзвестно е и трябва да се приеме като научен факт.

Каква е скоростта на светлината?

“Емпедокъл Акрагаскойто е живял около 450 г. пр.н.е., е един от първите философи, които се досещат, че светлината се движи с ограничена скорост. Почти хиляда години по-късно, около 525 г. сл. Хр., римският учен и математик, “Анисий Боеций“, се опита да документира скоростта на светлината, но след като беше обвинен в предателство и магьосничество, той беше обезглавен заради научните си усилия.

През 1676 г., малко след изобретяването на телескопа, датският астроном, “ААми Ромер“, беше първият учен, който сериозно се опита да оцени скоростта на светлината. Чрез изучаване на луната на Юпитер Йо и нейните чести затъмнения, Ромер успя да предскаже честотата на периода на затъмнение за нея. Той направи това измерване много пъти в продължение на няколко години и заключи, че времето на затъмнението на Юпитер не е постоянно. Всъщност, когато Земята се приближаваше към Юпитер, затъмнението се случи 11 минути по-рано. Въпреки това, когато двете планети са били най-отдалечени една от друга, затъмненията са започнали 11 минути по-късно.

Откривайки този модел, Ромер прави точна прогноза за следващото затъмнение на луната на Йо. Той изчисли, че светлината се нуждае от 22 минути, за да измине разстояние, равно на диаметъра на земната орбита (300 милиона километра); еквивалентно на 220 000 km/s в текущи единици. Това число има грешка от около 26% в сравнение с действителната стойност, което вероятно се дължи на грешка при изчисляване на разстоянието на Юпитер от Земята.

Следващият човек, който предостави полезна оценка на скоростта на светлината, беше британският физик,Джеймс Брадли“, Беше. 1728 г., година след смъртта на Нютон, Брадли изчислява скоростта на светлината във вакуум на приблизително 301 000 km/s, използвайки звездни аберации. Тези явления се разкриват от видимата промяна в положението на звездите поради движението на земята около слънцето. Степента на отклонение на звездата може да се определи от отношението на орбиталната скорост на Земята към скоростта на светлината. Чрез измерване на ъгъла на звездната деклинация и прилагане на тези данни към орбиталната скорост на Земята, Брадли успя да направи много точна оценка.

След предишни експерименти, американско-полски физик на имеАлбърт МайкълсънТой се опитва да повиши точността на този метод и през 1878 г. успешно измерва скоростта на светлината. Използвайки висококачествени лещи и огледала, Майкелсън изчислява крайния резултат на 299 909 km/s. Майкелсън спечели Нобеловата награда за физика през 1907 г. за това откритие.

Специалната теория на относителността на Айнщайн

1905, теория на Айнщайн Специална теория на относителността След това теорията обща теория на относителността публикува Първата теория е свързана с движението на обекти с постоянна скорост един спрямо друг, а втората теория се фокусира върху ускорението и връзките му с гравитацията.

Айнщайн доказа, че скоростта на светлината е постоянна и равна на 299 792 458 метра в секунда Е. Той въведе това количество като физическа константа, която Скоростта на светлината във вакуум Известно е.

Постоянна ли е скоростта на светлината?

В отговор на този въпрос трябва да кажем, както казахме, скоростта на светлината във вакуум е постоянна. Въпреки това, светлината се забавя, когато преминава през материална среда, като вода (225 000 km/s) или стъкло (200 000 km/s).

Защо скоростта на hрекет Светлината забавя ли се след преминаване през материята?

Поради атомната и молекулярната структура на материята скоростта на светлината в нея намалява. В много материали електроните в материалните частици започват да трептят, когато се излъчва светлина, поглъщайки или разпръсквайки светлинната енергия. Този процес забавя скоростта на светлината в материята. Също така при материали с по-висока плътност, където има повече заредени частици на единица обем, въздействието и разсейването на светлината се увеличават и скоростта на светлината намалява.

Скоростта на светлината във вакуум

Скоростта на светлината във вакуум Точно равно на 299 792 458 метри в секунда или 299,792,458 Километри в секунда Е; Универсална константа, известна в уравненията с параметър c. При прости изчисления тя обикновено е около 10 пъти по-голяма от скоростта на светлината⁸×3 метра в секунда или 10⁵x3 km/s се вземат предвид.

Скоростта на светлината Различни среди

За да изчислим скоростта на светлината в средата, трябва да знаем индекса на пречупване на тази среда. Когато светлината преминава от една среда в друга, нейният път се променя. Това явление е известно като пречупване на светлината и неговата стойност зависи от индекса на пречупване на две среди. Коефициентът на пречупване на водата е равен 1.33 Е. Чрез изчисление стигаме до извода, че скоростта на светлината във водата е равна на 10⁵×2,25 km/s.

Скоростта на светлината също се променя във въздуха. Изчисленията показват, че скоростта на светлината във въздуха е 10⁵×2,99 910 Километри в секунда.

Заключение

Имаме нужда от светлина, за да видим заобикалящата ни среда. Светлината осветява различни обекти и след отражение в очите ни можем да видим този обект. Видимата светлина е част от електромагнитното излъчване, която включва дължини на вълните от 380 до 750 nm.

От времето на Нютон до 20-ти век природата на светлината винаги е била изследвана. В различни периоди учените са представяли различни теории в тази област. Първо, две теориималко” И “вълна» Светлината беше разгледана и всяка от тях беше използвана за обяснение на някои физически явления, но учените накрая заключиха, че ако наблюдаваме (измерваме) светлината на макроскопично ниво, тя има свойства на частици и ако я наблюдаваме на микроскопично ниво, тя има вълна Имоти; Следователно научната общност приема, че светлината е едновременно вълна и частица.

Правени са много опити да се изчисли скоростта на светлината; И накрая, чрез представяне на специалната теория на относителността скоростта на светлината във вакуум е постоянна и равна на 10⁸x3 m/s като Научно право приет. Как светлината взаимодейства с материята постави началото на нова глава от научни въпроси, които винаги са допринасяли за напредъка на оптичното оборудване и индустрията. Създаването на слънчеви клетки, камери, изследването на далечния свят с телескопи, оптично влакно, изследването на микроскопичния свят с оптични микроскопи, разработването на лазери и много други са резултат от познаването на светлината и разбирането на нейното взаимодействие с различни материали.

Често задавани въпроси