itciskra.ru
Один из первых методов, используемых для определения скорости света, был основан на наблюдениях лунных затмений. На протяжении многих столетий, ученые изучали этот феномен, пытаясь разобраться в его природе. Отслеживая время прохождения света от затменного спутника Луны до Земли и обратно, они смогли сделать предварительную оценку скорости света.
Впервые точное измерение скорости света было проведено в 1676 году датским астрономом Оллером Рёмером. Он заметил, что время прохождения спутника Юпитера через Юпитер, варьируется в зависимости от положения Земли относительно планеты. Используя эту информацию, Рёмер смог сделать более точную оценку скорости света, которая составляла примерно 225 000 километров в секунду.
Определение скорости света
В 1676 году Заткеус провел эксперимент с использованием мельницы с вращающимся механизмом и зеркалом. Он установил зеркало на расстоянии 1 км от мельницы и с помощью небольшого отверстия прошел кусочек света на зеркало, которое отразило свет обратно. Заткеус превратил эксперимент в разновидность синхронных молний, определяя расстояние между зеркалом и мельницей таким образом, чтобы задержать пройденный излучатель до времени поворота мельницы, а затем вернуть его обратно на зеркало через небольшое отверстие. Затем он измерил угловое смещение отраженного луча и получил скорость света близкую к 220 000 км/с.
Другой известный метод определения скорости света основан на замере времени задержки луча света, проходящего через прозрачные среды. Так, в 1849 году французский ученый Араго предложил использовать так называемый метод Френеля. Этот метод основывается на явлении дифракции, при котором волновой фронт света из-за границы между двумя средами (например, воздухом и стеклом) становится сферическим. Араго предложил разместить зеркало на расстоянии между источником света и детектором. Затем, если зеркало не двигается, в результате прямолинейного свободного распространения взгляда вправо и влево, на детектор будет падать свет без разницы. Однако, если зеркало начинает двигаться вместе с источником света в одном направлении, то при возврате отраженного света на детектор произойдет смещение относительно прямолинейного света. Это явление позволяет вычислить скорость света.
Существует и более современный метод определения скорости света – интерферометрический метод. Он использует свойства интерференции света и позволяет достаточно точно измерить скорость света. В основе метода лежит использование интерференции двух или более световых волн, создаваемых различными источниками. Измерение производится с помощью интерферометра, который выявляет разность хода между волнами. Зная эти данные, можно вычислить скорость света.
Эксперименты с вращающимся зеркалом
В одном из экспериментов, проведенных французским ученым Армандом Альбертом Михельсоном в 1879 году, было использовано зеркало, закрепленное на оси, вращавшейся с очень большой скоростью. Луч света от источника падал на зеркало, отражался от него и возвращался обратно на приемник.
При вращении зеркала частота световых колебаний отраженного луча изменялась, так как источник света приближался к зеркалу и удалялся от него. Михельсон использовал интерференционную установку для измерения этой разности частот.
Измерения позволили Михельсону получить довольно точное значение скорости света — 299 796 километров в секунду. Этот метод был одним из прорывных в определении скорости света и заложил основу для дальнейших исследований и разработок в этой области.
Эксперименты с вращающимся зеркалом стали важным шагом в понимании и определении скорости света. Они продемонстрировали, что свет распространяется со скоростью, которая является постоянной и фундаментальной константой Вселенной.
Интерферометр Физо
Основная идея интерферометра Физо основана на принципе интерференции света. Прибор состоит из двух зеркал, расположенных под определенным углом друг к другу. Световой луч, попадая на первое зеркало, отражается от него и затем отражается от второго зеркала. После этого отраженные лучи снова сходятся и интерферируют друг с другом. Результирующая интерференционная картина позволяет измерить разность хода между двумя лучами и определить скорость света.
| Преимущества интерферометра Физо: | Недостатки интерферометра Физо: |
|---|---|
| Высокая точность измерений | Требуется сложная настройка прибора |
| Возможность проведения экспериментов в различных условиях | Ограниченная точность измерений при больших расстояниях |
| Возможность измерения скорости света в средах с различными оптическими свойствами | Дорогостоящая конструкция |
Интерферометр Физо является одним из наиболее точных и надежных способов определения скорости света и широко применяется в физических и оптических исследованиях.
Методы Физо и Араго
Методы Физо и Араго были разработаны в XVIII веке и использованы для измерения скорости света. Причастные Франсуа Физо и Франсуа Жан Араго провели ряд экспериментов, основанных на взаимном влиянии света и теней, чтобы определить скорость распространения света в воздухе.
Основная идея метода Физо заключается в так называемом «феномене Физо». Суть феномена состоит в том, что при прохождении световой волны через узкое отверстие в непрозрачном экране на противоположной стороне экрана появляется световое пятно в форме диска. Диаметр пятна зависит от размера отверстия и длины волны света. Физо использовал этот эффект для измерения длины волны, а затем по формуле, связывающей длину волны, частоту и скорость света, вывел значения скорости света.
Метод Араго основан на явлении интерференции света. Франсуа Жан Араго использовал знаменитый эксперимент с двумя неосязаемыми стеклянными пластинками, известным как «пластинки Араго». Когда пластинки были помещены на стеклянную пластину, образовывалось яркое-тёмное полосчатое распределение, вызванное интерференцией проходящего через стекло света. Количество и ширина полос зависели от толщины стеклянных пластин. Араго использовал эту зависимость для измерения скорости света путем определения толщины пластинок.
| Метод | Основная идея |
|---|---|
| Метод Физо | Измерение длины волны света через феномен Физо |
| Метод Араго | Измерение толщины пластинок через явление интерференции света |
Оба этих метода являются важными в истории определения скорости света. Они позволили ученым получить значимые результаты, которые были использованы в дальнейших исследованиях.
Опыты Фазо и Фасто
Опыты Фазо и Фасто были проведены в XIX веке и стали одними из важных экспериментов, позволивших определить скорость света.
| Опыт Фазо | Опыт Фасто |
|---|---|
| В 1851 году французский физик Араго предложил исследовать феолитовый цветок – полупрозрачный минерал с интересной оптической структурой. Феолитовый цветок состоял из однородного материала, но в различных его частях свет проходил с разной скоростью. Араго предположил, что если пропустить через цветок узкий луч света, то можно будет измерить разницу во времени, которое требуется свету для преодоления разных участков цветка. Путем точного измерения этой разницы можно было получить значение скорости света. | В 1850 году французский физик Физо предложил другой метод определения скорости света. Он использовал стеклянную пластинку с двумя параллельными стрелками, которая при перемещении была освещена ярким источником света. По мере увеличения скорости пластинки, стрелки становились все более и более неразличимыми. С помощью формулы, связывающей скорость пластинки, угол наблюдения и скорость света, Физо смог выяснить, что скорость света составляет приблизительно 313,000 км/с. |
Опыты Фазо и Фасто доказали, что свет распространяется со скоростью приближенно равной 314,000 км/с, что очень близко к современно принятому значению скорости света в вакууме, которое составляет 299,792 км/с.