As formas mais interessantes de medir a velocidade da luz. Quando a velocidade da luz foi medida pela primeira vez? No estágio atual

Velocidade da luz no vácuo- valor absoluto da velocidade de propagação das ondas eletromagnéticas no vácuo. Na física é denotado pela letra latina c.
A velocidade da luz no vácuo é uma constante fundamental, independente da escolha do referencial inercial.
Por definição, é exatamente 299.792.458 m/s (valor aproximado 300 mil km/s).
De acordo com a teoria da relatividade especial, é velocidade máxima para a propagação de quaisquer interações físicas que transmitam energia e informação.

Como a velocidade da luz foi determinada?

Pela primeira vez a velocidade da luz foi determinada em 1676 OK Roemer por mudanças nos intervalos de tempo entre os eclipses dos satélites de Júpiter.

Em 1728 foi instalado por J. Bradley, com base em suas observações das aberrações da luz das estrelas.

Em 1849 AIL Fizeau foi o primeiro a medir a velocidade da luz pelo tempo que a luz leva para percorrer uma distância precisamente conhecida (base); Como o índice de refração do ar difere muito pouco de 1, as medições terrestres fornecem um valor muito próximo de c.
No experimento de Fizeau, um feixe de luz de uma fonte S, refletido por um espelho translúcido N, foi periodicamente interrompido por um disco dentado giratório W, passou pela base MN (cerca de 8 km) e, refletido pelo espelho M, retornou ao disco. Quando a luz atingiu o dente, ela não atingiu o observador, e a luz que caiu no espaço entre os dentes pôde ser observada através da ocular E. Com base nas velocidades conhecidas de rotação do disco, o tempo que a luz levou para a viagem pela base foi determinada. Fizeau obteve o valor c = 313300 km/s.

Em 1862, JBL Foucault implementou a ideia expressa em 1838 por D. Arago, utilizando um espelho de rotação rápida (512 r/s) em vez de um disco dentado. Refletindo no espelho, o feixe de luz foi direcionado para a base e ao retornar caiu novamente sobre o mesmo espelho, que teve tempo de girar em um determinado pequeno ângulo. Com uma base de apenas 20 m, Foucault descobriu que a velocidade a luz é igual a 29800080 ± 500 km/s. Os esquemas e ideias principais dos experimentos de Fizeau e Foucault foram repetidamente utilizados em trabalhos subsequentes sobre a definição de s.

1) A velocidade da luz foi medida pela primeira vez pelo cientista dinamarquês Roemer em 1676 usando o método astronômico. Ele cronometrou o tempo em que a maior das luas de Júpiter, Io, esteve na sombra deste enorme planeta.

Roemer fez medições no momento em que nosso planeta estava mais próximo de Júpiter e no momento em que estávamos um pouco mais distantes de Júpiter em termos astronômicos. No primeiro caso, o intervalo entre os surtos foi de 48 horas e 28 minutos. No segundo caso, o satélite atrasou 22 minutos. A partir disso concluiu-se que a luz precisou de 22 minutos para percorrer a distância da observação anterior até a presente observação. Assim, a teoria sobre a velocidade finita da luz foi comprovada, e sua velocidade foi calculada aproximadamente; era de aproximadamente 299.800 km/s.

2) O método laboratorial permite determinar a velocidade da luz a uma curta distância e com grande precisão. Os primeiros experimentos de laboratório foram realizados por Foucault e depois por Fizeau.

Cientistas e seus experimentos

A velocidade da luz foi determinada pela primeira vez em 1676 por O. K. Roemer a partir da mudança nos intervalos de tempo entre os eclipses dos satélites de Júpiter. Em 1728, foi estabelecido por J. Bradley, com base em suas observações da aberração da luz estelar. Em 1849, AIL Fizeau foi o primeiro a medir a velocidade da luz pelo tempo que a luz leva para percorrer uma distância precisamente conhecida (base), uma vez que o índice de refração do ar difere muito pouco de 1, as medições terrestres fornecem um valor muito perto da velocidade.

A experiência de Fizeau

O experimento Fizeau é um experimento para determinar a velocidade da luz em meios móveis (corpos), realizado em 1851 por Louis Fizeau. O experimento demonstra o efeito da adição relativística de velocidades. O nome Fizeau também está associado ao primeiro experimento de determinação laboratorial da velocidade da luz.

No experimento de Fizeau, um feixe de luz de uma fonte de luz S, refletido por um espelho translúcido 3, foi periodicamente interrompido por um disco dentado giratório 2, passou pela base 4-1 (cerca de 8 km) e, refletido pelo espelho 1, retornou para o disco. Quando a luz atingiu o dente, ela não atingiu o observador, e a luz que caiu no espaço entre os dentes pôde ser observada pela ocular 4. Com base nas velocidades conhecidas de rotação do disco, o tempo que a luz levou para a viagem pela base foi determinada. Fizeau obteve o valor c = 313300 km/s.

A experiência de Foucault

Em 1862, J. B. L. Foucault implementou a ideia expressa em 1838 por D. Argo, utilizando um espelho de rotação rápida (512 rotações por segundo) em vez de um disco dentado. Refletindo no espelho, um feixe de luz foi direcionado para a base e ao retornar caiu novamente sobre o mesmo espelho, que teve tempo de girar em um determinado pequeno ângulo. Com uma base de apenas 20 m, Foucault descobriu que a velocidade da luz é de 298.000.500 km/s. Os esquemas e ideias básicas dos métodos de Fizeau e Foucault foram repetidamente utilizados em trabalhos subsequentes sobre a determinação da velocidade da luz.

Determinação da velocidade da luz pelo método do espelho giratório (método Foucault): S – fonte de luz; R – espelho girando rapidamente; C é um espelho côncavo fixo cujo centro coincide com o eixo de rotação R (portanto a luz refletida por C sempre incide sobre R); M – espelho translúcido; L – lente; E – ocular; RC – distância medida com precisão (base). A linha pontilhada mostra a posição R, que mudou durante o tempo em que a luz percorre o caminho RC e volta, e o caminho inverso do feixe de raios através da lente L, que coleta o feixe refletido no ponto S', e não no ponto S'. ponto S, como seria o caso de um espelho estacionário R. A velocidade da luz é estabelecida medindo o deslocamento SS'.

O valor c = 299.796 4 km/s obtido por A. Michelson em 1926 era então o mais preciso e foi incluído nas tabelas internacionais de grandezas físicas. fibra óptica de velocidade da luz

As medições da velocidade da luz no século 19 desempenharam um papel importante na física, confirmando ainda mais a teoria ondulatória da luz. A comparação de Foucault em 1850 da velocidade da luz de mesma frequência no ar e na água mostrou que a velocidade na água é u = c/n(n), conforme previsto pela teoria das ondas. Também foi estabelecida uma conexão entre a óptica e a teoria do eletromagnetismo: a velocidade medida da luz coincidia com a velocidade das ondas eletromagnéticas, calculada a partir da razão entre as unidades eletromagnéticas e eletrostáticas de carga elétrica.

As medições modernas da velocidade da luz usam um método Fizeau modernizado, substituindo a roda dentada por uma interferência ou algum outro modulador de luz que interrompe ou atenua completamente o feixe de luz. O receptor de radiação é uma fotocélula ou multiplicador fotoelétrico. A utilização de um laser como fonte de luz, um modulador ultrassônico com frequência estabilizada e o aumento da precisão da medição do comprimento da base reduzirão os erros de medição e obterão um valor de c = 299792,5 · 0,15 km/s. Além das medições diretas da velocidade da luz com base no tempo de passagem de uma base conhecida, métodos indiretos são amplamente utilizados, proporcionando maior precisão.

A medição mais precisa do valor “c” é extremamente importante não apenas em termos teóricos gerais e para determinar os valores de outras grandezas físicas, mas também para fins práticos. Para eles, em particular. Refere-se à determinação de distâncias no tempo de trânsito de sinais de rádio ou de luz em radar, alcance óptico, alcance de luz e outras medições semelhantes.

Alcance de luz

Um telêmetro leve é ​​​​um dispositivo geodésico que permite medir distâncias de dezenas (às vezes centenas) de quilômetros com alta precisão (até vários milímetros). Por exemplo, um telêmetro mede a distância da Terra à Lua com uma precisão de vários centímetros.

Telêmetro a laser é um dispositivo para medir distâncias usando um feixe de laser.

A velocidade da luz é a distância que a luz percorre por unidade de tempo. Este valor depende da substância na qual a luz se propaga.

No vácuo, a velocidade da luz é 299.792.458 m/s. Esta é a velocidade mais alta que pode ser alcançada. Ao resolver problemas que não requerem precisão especial, este valor é considerado igual a 300.000.000 m/s. Supõe-se que todos os tipos de radiação eletromagnética se propagam no vácuo à velocidade da luz: ondas de rádio, radiação infravermelha, luz visível, radiação ultravioleta, raios X, radiação gama. É designado por uma letra Com .

Como a velocidade da luz foi determinada?

Nos tempos antigos, os cientistas acreditavam que a velocidade da luz era infinita. Mais tarde, as discussões sobre esta questão começaram entre os cientistas. Kepler, Descartes e Fermat concordaram com a opinião dos cientistas antigos. E Galileu e Hooke acreditavam que, embora a velocidade da luz fosse muito alta, ela ainda tinha um valor finito.

Galileu Galilei

Um dos primeiros a tentar medir a velocidade da luz foi o cientista italiano Galileo Galilei. Durante o experimento, ele e seu assistente estiveram em colinas diferentes. Galileu abriu a veneziana de sua lanterna. No momento em que o assistente viu esta luz, ele teve que fazer o mesmo com sua lanterna. O tempo que a luz levou para viajar de Galileu até o assistente e voltar foi tão curto que Galileu percebeu que a velocidade da luz é muito alta e é impossível medi-la em uma distância tão curta, pois a luz viaja quase instantaneamente. E o tempo que ele registrou mostra apenas a velocidade da reação de uma pessoa.

A velocidade da luz foi determinada pela primeira vez em 1676 pelo astrônomo dinamarquês Olaf Roemer usando distâncias astronômicas. Usando um telescópio para observar o eclipse da lua de Júpiter, Io, ele descobriu que, à medida que a Terra se afasta de Júpiter, cada eclipse subsequente ocorre mais tarde do que o calculado. O atraso máximo, quando a Terra se move para o outro lado do Sol e se afasta de Júpiter a uma distância igual ao diâmetro da órbita terrestre, é de 22 horas. Embora o diâmetro exato da Terra não fosse conhecido naquela época, o cientista dividiu seu valor aproximado por 22 horas e obteve um valor de cerca de 220 mil km/s.

Olaf Roemer

O resultado obtido por Roemer causou desconfiança entre os cientistas. Mas em 1849, o físico francês Armand Hippolyte Louis Fizeau mediu a velocidade da luz usando o método do obturador giratório. Em seu experimento, a luz de uma fonte passou entre os dentes de uma roda giratória e foi direcionada para um espelho. Refletido dele, ele voltou. A velocidade de rotação da roda aumentou. Ao atingir um determinado valor, o feixe refletido no espelho foi atrasado por um dente em movimento, e o observador não viu nada naquele momento.

A experiência de Fizeau

Fizeau calculou a velocidade da luz da seguinte maneira. A luz segue seu caminho eu da roda até o espelho em um tempo igual a t 1 = 2L/c . O tempo que a roda leva para girar ½ ranhura é t 2 = T/2N , Onde T - período de rotação da roda, N - número de dentes. Frequência de rotação v = 1/T . O momento em que o observador não vê a luz ocorre quando t 1 = t 2 . A partir daqui obtemos a fórmula para determinar a velocidade da luz:

c = 4LNv

Tendo realizado cálculos usando esta fórmula, Fizeau determinou que Com = 313.000.000 m/s. Este resultado foi muito mais preciso.

Armand Hippolyte Louis Fizeau

Em 1838, o físico e astrônomo francês Dominique François Jean Arago propôs usar o método do espelho giratório para calcular a velocidade da luz. Esta ideia foi posta em prática pelo físico, mecânico e astrónomo francês Jean Bernard Leon Foucault, que em 1862 obteve o valor da velocidade da luz (298.000.000±500.000) m/s.

Dominique François Jean Arago

Em 1891, o resultado do astrônomo americano Simon Newcomb revelou-se uma ordem de grandeza mais precisa do que o resultado de Foucault. Como resultado de seus cálculos Com = (99.810.000±50.000)m/s.

A pesquisa do físico americano Albert Abraham Michelson, que utilizou um conjunto com espelho octogonal giratório, permitiu determinar a velocidade da luz com ainda mais precisão. Em 1926, o cientista mediu o tempo que a luz levou para percorrer a distância entre os topos de duas montanhas, igual a 35,4 km, e obteve Com = (299.796.000±4.000) m/s.

A medição mais precisa foi realizada em 1975. No mesmo ano, a Conferência Geral de Pesos e Medidas recomendou que a velocidade da luz fosse considerada igual a 299.792.458 ± 1,2 m/s.

De que depende a velocidade da luz?

A velocidade da luz no vácuo não depende nem do referencial nem da posição do observador. Permanece constante, igual a 299.792.458 ± 1,2 m/s. Mas em vários meios transparentes esta velocidade será inferior à velocidade no vácuo. Qualquer meio transparente possui densidade óptica. E quanto mais alto, mais lenta é a velocidade da luz que se propaga nele. Por exemplo, a velocidade da luz no ar é maior do que a velocidade na água, e no vidro óptico puro é menor do que na água.

Se a luz passar de um meio menos denso para um mais denso, sua velocidade diminuirá. E se a transição ocorre de um meio mais denso para um menos denso, a velocidade, ao contrário, aumenta. Isto explica porque o feixe de luz é desviado na fronteira de transição entre dois meios.

Realmente como? Como medir a velocidade mais alta em Universo em nossas modestas condições terrenas? Não precisamos mais quebrar a cabeça com isso - afinal, ao longo de vários séculos, muitas pessoas trabalharam nessa questão, desenvolvendo métodos para medir a velocidade da luz. Vamos começar a história em ordem.

Velocidade da luz– velocidade de propagação das ondas eletromagnéticas no vácuo. É denotado pela letra latina c. A velocidade da luz é de aproximadamente 300 milhões de m/s.

A princípio, ninguém pensou na questão de medir a velocidade da luz. Há luz - isso é ótimo. Então, na era da antiguidade, a opinião predominante entre os filósofos científicos era que a velocidade da luz é infinita, isto é, instantânea. Então aconteceu Idade Média com a Inquisição, quando a principal questão dos pensantes e progressistas era “Como evitar ser pego no fogo?” E apenas em épocas Renascimento E Iluminação As opiniões dos cientistas multiplicaram-se e, claro, dividiram-se.

Então, Descartes, Kepler E Fazenda eram da mesma opinião que os cientistas da antiguidade. Mas ele acreditava que a velocidade da luz é finita, embora muito alta. Na verdade, ele fez a primeira medição da velocidade da luz. Mais precisamente, ele fez a primeira tentativa de medi-lo.

A experiência de Galileu

Experiência Galileu Galilei foi brilhante em sua simplicidade. O cientista conduziu um experimento para medir a velocidade da luz, munido de meios simples e improvisados. A uma grande e conhecida distância um do outro, em colinas diferentes, Galileu e seu assistente estavam com lanternas acesas. Um deles abriu a veneziana da lanterna, e o segundo teve que fazer o mesmo ao ver a luz da primeira lanterna. Conhecendo a distância e o tempo (o atraso antes do assistente abrir a lanterna), Galileu esperava calcular a velocidade da luz. Infelizmente, para que esta experiência tivesse sucesso, Galileu e o seu assistente tiveram de escolher colinas separadas por vários milhões de quilómetros. Gostaria de lembrar que você pode fazê-lo preenchendo um formulário no site.

Experimentos de Roemer e Bradley

A primeira experiência bem-sucedida e surpreendentemente precisa na determinação da velocidade da luz foi a de um astrônomo dinamarquês Olaf Roemer. Roemer usou o método astronômico para medir a velocidade da luz. Em 1676, ele observou o satélite Io de Júpiter através de um telescópio e descobriu que o tempo do eclipse do satélite muda à medida que a Terra se afasta de Júpiter. O tempo máximo de atraso foi de 22 minutos. Calculando que a Terra está se afastando de Júpiter a uma distância do diâmetro da órbita terrestre, Roemer dividiu o valor aproximado do diâmetro pelo tempo de atraso e obteve um valor de 214.000 quilômetros por segundo. É claro que tal cálculo era muito aproximado, as distâncias entre os planetas eram conhecidas apenas aproximadamente, mas o resultado acabou sendo relativamente próximo da verdade.

A experiência de Bradley. Em 1728 James Bradley estimou a velocidade da luz observando a aberração das estrelas. Aberraçãoé uma mudança na posição aparente de uma estrela causada pelo movimento da Terra em sua órbita. Conhecendo a velocidade da Terra e medindo o ângulo de aberração, Bradley obteve um valor de 301 mil quilômetros por segundo.

A experiência de Fizeau

O mundo científico da época reagiu com desconfiança ao resultado do experimento de Roemer e Bradley. No entanto, o resultado de Bradley foi o mais preciso em mais de cem anos, até 1849. Naquele ano, um cientista francês Armand Fizeau mediu a velocidade da luz usando o método do obturador giratório, sem observar corpos celestes, mas aqui na Terra. Na verdade, este foi o primeiro método laboratorial para medir a velocidade da luz desde Galileu. Abaixo está um diagrama de sua configuração de laboratório.

A luz refletida no espelho passou pelos dentes da roda e foi refletida em outro espelho, a 8,6 quilômetros de distância. A velocidade da roda foi aumentada até que a luz se tornasse visível no próximo vão. Os cálculos de Fizeau deram um resultado de 313 mil quilômetros por segundo. Um ano depois, um experimento semelhante com um espelho giratório foi realizado por Leon Foucault, que obteve o resultado de 298 mil quilômetros por segundo.

Com o advento dos masers e dos lasers, as pessoas têm novas oportunidades e formas de medir a velocidade da luz, e o desenvolvimento da teoria também possibilitou calcular a velocidade da luz indiretamente, sem fazer medições diretas.

O valor mais preciso da velocidade da luz

A humanidade acumulou vasta experiência na medição da velocidade da luz. Hoje, o valor mais preciso para a velocidade da luz é considerado 299.792.458 metros por segundo, recebido em 1983. É interessante que uma medição mais precisa da velocidade da luz se tenha revelado impossível devido a erros na medição. metros. Atualmente, o valor de um metro está vinculado à velocidade da luz e é igual à distância que a luz percorre em 1/299.792.458 de segundo.

Por fim, como sempre, sugerimos assistir a um vídeo educativo. Amigos, mesmo que vocês se deparem com a tarefa de medir de forma independente a velocidade da luz usando meios improvisados, podem pedir ajuda com segurança aos nossos autores. Você pode preencher um formulário no site do Estudante por Correspondência. Desejamos-lhe um estudo agradável e fácil!

A velocidade da luz é a distância que a luz percorre por unidade de tempo. Este valor depende da substância na qual a luz se propaga.

No vácuo, a velocidade da luz é 299.792.458 m/s. Esta é a velocidade mais alta que pode ser alcançada. Ao resolver problemas que não requerem precisão especial, este valor é considerado igual a 300.000.000 m/s. Supõe-se que todos os tipos de radiação eletromagnética se propagam no vácuo à velocidade da luz: ondas de rádio, radiação infravermelha, luz visível, radiação ultravioleta, raios X, radiação gama. É designado por uma letra Com .

Como a velocidade da luz foi determinada?

Nos tempos antigos, os cientistas acreditavam que a velocidade da luz era infinita. Mais tarde, as discussões sobre esta questão começaram entre os cientistas. Kepler, Descartes e Fermat concordaram com a opinião dos cientistas antigos. E Galileu e Hooke acreditavam que, embora a velocidade da luz fosse muito alta, ela ainda tinha um valor finito.

Galileu Galilei

Um dos primeiros a tentar medir a velocidade da luz foi o cientista italiano Galileo Galilei. Durante o experimento, ele e seu assistente estiveram em colinas diferentes. Galileu abriu a veneziana de sua lanterna. No momento em que o assistente viu esta luz, ele teve que fazer o mesmo com sua lanterna. O tempo que a luz levou para viajar de Galileu até o assistente e voltar foi tão curto que Galileu percebeu que a velocidade da luz é muito alta e é impossível medi-la em uma distância tão curta, pois a luz viaja quase instantaneamente. E o tempo que ele registrou mostra apenas a velocidade da reação de uma pessoa.

A velocidade da luz foi determinada pela primeira vez em 1676 pelo astrônomo dinamarquês Olaf Roemer usando distâncias astronômicas. Usando um telescópio para observar o eclipse da lua de Júpiter, Io, ele descobriu que, à medida que a Terra se afasta de Júpiter, cada eclipse subsequente ocorre mais tarde do que o calculado. O atraso máximo, quando a Terra se move para o outro lado do Sol e se afasta de Júpiter a uma distância igual ao diâmetro da órbita terrestre, é de 22 horas. Embora o diâmetro exato da Terra não fosse conhecido naquela época, o cientista dividiu seu valor aproximado por 22 horas e obteve um valor de cerca de 220 mil km/s.

Olaf Roemer

O resultado obtido por Roemer causou desconfiança entre os cientistas. Mas em 1849, o físico francês Armand Hippolyte Louis Fizeau mediu a velocidade da luz usando o método do obturador giratório. Em seu experimento, a luz de uma fonte passou entre os dentes de uma roda giratória e foi direcionada para um espelho. Refletido dele, ele voltou. A velocidade de rotação da roda aumentou. Ao atingir um determinado valor, o feixe refletido no espelho foi atrasado por um dente em movimento, e o observador não viu nada naquele momento.

A experiência de Fizeau

Fizeau calculou a velocidade da luz da seguinte maneira. A luz segue seu caminho eu da roda até o espelho em um tempo igual a t 1 = 2L/c . O tempo que a roda leva para girar ½ ranhura é t 2 = T/2N , Onde T - período de rotação da roda, N - número de dentes. Frequência de rotação v = 1/T . O momento em que o observador não vê a luz ocorre quando t 1 = t 2 . A partir daqui obtemos a fórmula para determinar a velocidade da luz:

c = 4LNv

Tendo realizado cálculos usando esta fórmula, Fizeau determinou que Com = 313.000.000 m/s. Este resultado foi muito mais preciso.

Armand Hippolyte Louis Fizeau

Em 1838, o físico e astrônomo francês Dominique François Jean Arago propôs usar o método do espelho giratório para calcular a velocidade da luz. Esta ideia foi posta em prática pelo físico, mecânico e astrónomo francês Jean Bernard Leon Foucault, que em 1862 obteve o valor da velocidade da luz (298.000.000±500.000) m/s.

Dominique François Jean Arago

Em 1891, o resultado do astrônomo americano Simon Newcomb revelou-se uma ordem de grandeza mais precisa do que o resultado de Foucault. Como resultado de seus cálculos Com = (99.810.000±50.000)m/s.

A pesquisa do físico americano Albert Abraham Michelson, que utilizou um conjunto com espelho octogonal giratório, permitiu determinar a velocidade da luz com ainda mais precisão. Em 1926, o cientista mediu o tempo que a luz levou para percorrer a distância entre os topos de duas montanhas, igual a 35,4 km, e obteve Com = (299.796.000±4.000) m/s.

A medição mais precisa foi realizada em 1975. No mesmo ano, a Conferência Geral de Pesos e Medidas recomendou que a velocidade da luz fosse considerada igual a 299.792.458 ± 1,2 m/s.

De que depende a velocidade da luz?

A velocidade da luz no vácuo não depende nem do referencial nem da posição do observador. Permanece constante, igual a 299.792.458 ± 1,2 m/s. Mas em vários meios transparentes esta velocidade será inferior à velocidade no vácuo. Qualquer meio transparente possui densidade óptica. E quanto mais alto, mais lenta é a velocidade da luz que se propaga nele. Por exemplo, a velocidade da luz no ar é maior do que a velocidade na água, e no vidro óptico puro é menor do que na água.

Se a luz passar de um meio menos denso para um mais denso, sua velocidade diminuirá. E se a transição ocorre de um meio mais denso para um menos denso, a velocidade, ao contrário, aumenta. Isto explica porque o feixe de luz é desviado na fronteira de transição entre dois meios.