|
|||||||||||||
АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция |
Методы определения скорости светаМетоды определения скорости света делятся на два класса: астрономические и лабораторные. Астрономические методы Астрономические методы имеют в настоящее время главным образом историческое значение, и мы рассмотрим лишь два из них.
1) 1675 г., О. К. Рëмер: нарушение периодичности затмений спутника Юпитера Ио – открыт Галилеем в 1610 г. вместе с еще тремя спутниками Юпитера.
РИС. 4-1
=1.77 сут.=152928 с. (За это время наблюдается затмение Ио с Земли). РИС. 4-2 - Солнце, - Земля, - Юпитер.
Пока Земля перемещается из позиции в позицию , произойдет затмений Ио. Суммарное время наблюдения всех этих затмений: . При перемещении из в произойдет столько же затмений Ио. Суммарное время всех этих затмений: . Разность времен: . Наблюдалось с; =150000000 км. Значит 300000км/с=3×1010 см/с. (Рëмер получил »214000 км/с, так как он не знал точно радиус орбиты Земли!)
2) Аберрация неподвижных звезд. 1725 г., Дж. Брэдли обнаружил сезонное изменение положения звезд, в частности -Дракона, находящейся в зените: почти круговое движение с диаметром 40.5 угл. сек. Для звезд, более близких к горизонту, обнаружилось движение по более или менее вытянутым эллиптическим орбитам, длина большой оси тоже ~40.5 угл.сек. Это явление не связано с движением самих звезд (смещение одинаковое и очень большое!). Скорость света конечна, а наблюдение ведется с Земли, движущейся по орбите с некоторой немалой скоростью (система отсчета, связанная с Землей, не является инерциальной). РИС. 4-3
Наблюдателю, находящемуся на Земле, кажется, что свет имеет горизонтальную составляющую скорости . Для звезды, находящейся в зените, аберрация является максимальной, когда скорость Земли перпендикулярна линии наблюдения. При этом , =30 км/с, ”=1×10-4рад, . Отсюда 300000 км/с=3×1010 см/с.
Лабораторные методы 1) Метод Физо. А. Л. И. Физо (1849 г.). РИС. 4-4 Время прохождения светом базы длиной L, . Выйти в базу свет может только в том случае, если на его пути будет отверстие, а не зубец. Если прерыватель вращается с такой угловой скоростью, что за время «путешествия» на его пути окажется зубец, то наблюдатель увидит затемнение. Для этого необходимо, чтобы за время прерыватель повернулся на угол (угловое расстоянием между просветом и зубцом). При угловой скорости вращения колеса это условие выполнится, если время прохождения базы L совпадет с временем поворота на один зубец: .
Из приведенной ниже таблицы видно, как повышалась точность измерения скорости света этим методом по мере увеличения базы и наблюдения затмения более высокого порядка (Перротен в 1902 г. наблюдал затемнение 32-го порядка):
В более современных установках, основанных (в принципе) на методе Физо, используют в качестве прерывателя электрооптические кристаллы (эффект Керра) или пьезокварцевые модуляторы (дифракция в кварце при прохождении звуковых волн) – это в видимой области спектра, а в качестве приемника – фотоэлементы и фотоумножители. При этом удалось сократить базу до ~3м. Используются также модификации этого метода с вращающимся зеркалом, где время прохождения базы фиксируется по смещению «зайчика».
В радиочастотном диапазоне и в диапазоне - излучения используют метод совпадения импульсов – тот же метод Физо, но чувствительность приемника модулируется с частотой .
РИС. 4-5
На приемнике появляется сигнал только в том случае, если время прохождения базы () . Отсюда .
2) Метод объемного резонатора.
Можно с высокой степенью точности определить число полуволн электромагнитного излучения, укладывающихся в объемном резонаторе. Скорость света определяется из соотношения , . Этим методом получено: 299792.5±1 км/с.
3) Распространение света в движущейся среде (А. Л. И. Физо, 1851 г.). Вода движется со скоростью . РИС. 4-6
Скорость света в неподвижной воде , где - показатель преломления. Для наблюдателя, относительно которого свет движется, - из принципа относительности Галилея. Экспериментально было установлено (и подтверждено современными измерениями): . Следовательно, классическая формула сложения скоростей здесь неприменима. , где величина - коэффициент увлечения, . Для света, распространяющегося в воде: расчетное значение: =0.438; Физо: =0.46; Майкельсон-Морли (1886 г.): =0.434±0.020.
Итак, экспериментально установлено следующее. 1. Скорость света в вакууме является физической константой 2. Для скорости света неприменима классическая формула сложения скоростей (опыт Физо, 1851 г.), т.е. основанная на принципе относительности Галилея: Галилей - , Физо - .
Рассмотрим эксперименты, подтверждающие следующее. 3) Скорость света не зависит от взаимного движения приемника или источника.
а) Опыт Майкельсона-Морли А. А. Майкельсон (1881 г.) поставил опыт с целью измерения влияния движения Земли на скорость света. Был использован интерферометр с равными плечами, одно - по движению Земли, другое перпендикулярно. Искался эфирный ветер, якобы увлекаемый Землей при ее прохождении через эфир, который и должен менять скорость света. Опыт не дал результата, как и опыт Морли в 1885 г.
РИС. 4-6-1
б) Опыт Саде (данный материал можно пропустить) Опыт Саде (1963 г.) по влиянию движения электрон-позитронных пар на скорость испускаемых - лучей. Распространяющаяся с испусканием - лучей частица (электрон-позитронная пара) движется со скоростью ~ , и измеряется скорость распространения - лучей для этого случая и для неподвижной пары. С точностью ±10% установлено, что скорость - лучей в обоих случаях одинакова и равна .
4) Скорость света является максимальной достижимой скоростью движения материальных частиц
Опыт Бертоцци,1964 г.
РИС. 4-7
Электроны ускоряются электростатическим полем, а затем свободно движутся в вакууме без поля. Кинетическая энергия электронов определяется по нагреву мишени из Al. В результате ускорения полем электрон приобретает кинетическую энергию . В данном опыте =106 В, =106эВ=1 МэВ=1.6×10-6 эрг. Если поток электронов составляет штук в секунду, то на мишени выделяется мощность эрг/с - это точно определяется термопарой. Зная величину тока (º , - заряд электрона), можно легко рассчитать . С другой стороны, ( - масса электрона). Скорость электрона можно измерить по времени пролета t участка L. Теперь можно построить график зависимости v 2 от K, где обе величины измерены независимо. В классической механике эта зависимость должна быть линейной.
РИС. 4-8 Максимальной достижимой скоростью движения материальных частиц, как следует из эксперимента, действительно является скорость света. Зная лишь часть изложенной информации, Эйнштейн сформулировал постулат (принцип относительности): Поиск по сайту: |
Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Студалл.Орг (0.01 сек.) |