Beaucoup de gens connaissent l'existence d'un concept tel que la «vitesse de la lumière» dès la petite enfance. Mais tout le monde ne connaît pas en détail le phénomène.
Beaucoup ont attiré l'attention sur le fait que pendant un orage, il y a un délai entre un éclair et le bruit du tonnerre. L'épidémie, en règle générale, nous atteint plus rapidement. Cela signifie qu'il a une vitesse supérieure au son. Quelle est la raison pour ça? Quelle est la vitesse de la lumière et comment est-elle mesurée?
Quelle est la vitesse de la lumière?
Voyons d'abord quelle est la vitesse de la lumière. Scientifiquement, c'est une telle quantité qui montre à quelle vitesse les rayons se déplacent dans le vide ou dans l'air. Vous devez également savoir ce qu'est la lumière. Il s'agit du rayonnement perçu par l'œil humain. La vitesse dépend des conditions environnementales, ainsi que d'autres propriétés, par exemple la réfraction.
Fait intéressant: Il faut 1,25 seconde pour que la lumière se déplace de la Terre à un satellite, la lune.
Quelle est la vitesse de la lumière dans vos propres mots?
Pour le dire simplement, la vitesse de la lumière est la période de temps sur laquelle un faisceau lumineux parcourt n'importe quelle distance. Le temps est généralement mesuré en secondes. Cependant, certains scientifiques utilisent différentes unités. La distance est également mesurée de différentes manières. Fondamentalement - c'est un mètre. Autrement dit, cette valeur est considérée en m / s. La physique explique cela comme suit: un phénomène qui se déplace avec une certaine vitesse (constante).
Pour le rendre plus facile à comprendre, regardons l'exemple suivant. Le cycliste se déplace à une vitesse de 20 km / h. Il veut rattraper le conducteur de la voiture, dont la vitesse est de 25 km / h. Si vous comptez, la voiture roule 5 km / h plus vite qu'un cycliste. Avec les rayons de lumière, les choses sont différentes. Quelle que soit la vitesse à laquelle les première et deuxième personnes se déplacent, la lumière, par rapport à elles, se déplace à une vitesse constante.
Quelle est la vitesse de la lumière?
Lorsqu'elles ne sont pas dans le vide, diverses conditions affectent la lumière. La substance à travers laquelle les rayons passent, y compris. Si le nombre de mètres par seconde ne change pas sans accès à l'oxygène, alors dans un environnement avec accès à l'air, la valeur change.
La lumière se déplace plus lentement à travers divers matériaux tels que le verre, l'eau et l'air. Ce phénomène reçoit un indice de réfraction pour décrire à quel point ils ralentissent le mouvement de la lumière. Le verre a un indice de réfraction de 1,5, ce qui signifie que la lumière le traverse à une vitesse d'environ 200 000 kilomètres par seconde. L'indice de réfraction de l'eau est de 1,3 et l'indice de réfraction de l'air est légèrement supérieur à 1, ce qui signifie que l'air ne ralentit que légèrement la lumière.
Par conséquent, après avoir traversé de l'air ou du liquide, la vitesse ralentit, devenant inférieure à celle du vide. Par exemple, dans divers réservoirs, la vitesse de déplacement des rayons est de 0,75 de la vitesse dans l'espace. De plus, avec une pression standard de 1,01 bar, le taux ralentit de 1,5 à 2%. Autrement dit, dans des conditions terrestres, la vitesse de la lumière varie en fonction des conditions environnementales.
Pour un tel phénomène, ils ont proposé un concept spécial - la réfraction. Autrement dit, la réfraction de la lumière. Il est largement utilisé dans diverses inventions. Par exemple, un réfracteur est un télescope avec un système optique. De plus, avec l'aide de cela, des jumelles et d'autres équipements sont également créés, dont l'essence est l'utilisation de l'optique.
En général, le plus petit rayon peut être réfracté en passant dans l'air ordinaire. Lors du passage à travers un verre optique spécialement créé, la vitesse est d'environ 195 000 kilomètres par seconde. C'est près de 105 000 km / s de moins que la constante.
La valeur la plus précise de la vitesse de la lumière
Au fil des ans, les physiciens ont acquis une expérience dans la recherche sur la vitesse des rayons lumineux. À l'heure actuelle, la valeur la plus précise de la vitesse de la lumière est 299 792 kilomètres par seconde. La constante a été établie en 1933. Le nombre est toujours d'actualité.
Cependant, d'autres difficultés ont surgi avec la détermination de l'indicateur.Cela était dû à une erreur de compteur. Maintenant, le compteur lui-même dépend directement de la vitesse de la lumière. Elle est égale à la distance parcourue par les rayons en un certain nombre de secondes - 1 / vitesse de la lumière.
Quelle est la vitesse de la lumière dans le vide?
Puisque la lumière n'est pas affectée par diverses conditions dans le vide, sa vitesse ne change pas comme elle le fait sur Terre. La vitesse de la lumière dans le vide est de 299 792 kilomètres par seconde. Cet indicateur est la limite. On pense que rien au monde ne peut se déplacer plus rapidement, même les corps cosmiques qui se déplacent assez rapidement.
Par exemple, un chasseur, un Boeing X-43, qui dépasse la vitesse du son de près de 10 fois (plus de 11 mille km / h), vole plus lentement qu'un faisceau. Ce dernier se déplace plus de 96 000 kilomètres à l'heure plus rapidement.
Comment la vitesse de la lumière a-t-elle été mesurée?
Les tout premiers scientifiques ont tenté de mesurer cette valeur. Différentes méthodes ont été utilisées. À l'époque de l'Antiquité, les hommes de science pensaient qu'elle était infinie, il est donc impossible de la mesurer. Cette opinion est restée longtemps, jusqu'au 16-17ème siècle. À cette époque, d'autres scientifiques sont apparus qui ont suggéré que le faisceau avait une extrémité et que la vitesse pouvait être mesurée.
Le célèbre astronome danois Olaf Roemer a porté la connaissance de la vitesse de la lumière à un nouveau niveau. Il a remarqué que l'éclipse de la lune de Jupiter est tardive. Auparavant, personne n'y prêtait attention. Par conséquent, il a décidé de calculer la vitesse.
Il a proposé une vitesse approximative, qui était égale à environ 220 000 kilomètres par seconde. Plus tard, un scientifique anglais James Bradley a repris l'étude. Bien qu'il n'ait pas complètement raison, il s'est légèrement approché des résultats de recherche actuels.
Après un certain temps, la plupart des scientifiques se sont intéressés à cette quantité. La recherche a impliqué des personnes de différents pays. Cependant, jusqu'aux années 70 du 20e siècle, il n'y a pas eu de découvertes grandioses. Depuis les années 1970, lorsqu'ils ont mis au point des lasers et des masers (générateurs quantiques), les scientifiques ont mené des recherches et obtenu la vitesse exacte. La valeur actuelle est pertinente depuis 1983. Correction de petites erreurs seulement.
L'expérience de Galileo
Un scientifique italien a surpris tous les chercheurs de ces années par la simplicité et le génie de son expérience. Il a réussi à mesurer la vitesse de la lumière à l'aide d'outils ordinaires qui étaient à portée de main.
Lui et son assistant ont gravi les collines voisines, après avoir calculé la distance entre eux. Ils ont pris les lanternes allumées, les ont équipées d'amortisseurs qui ouvrent et ferment les lumières. À leur tour, en ouvrant et en fermant la lumière, ils ont essayé de calculer la vitesse de la lumière. Galileo et l'assistant savaient à l'avance avec quel retard ils allaient ouvrir et fermer la lumière. Quand l'un s'est ouvert, l'autre fait de même.
Cependant, l'expérience a été un échec. Pour que cela fonctionne, les scientifiques devraient se tenir à une distance de millions de kilomètres les uns des autres.
L'expérience de Römer et Bradley
Cette étude a déjà été brièvement écrite ci-dessus. C'est l'une des expériences les plus progressistes de l'époque. Römer a utilisé ses connaissances en astronomie pour mesurer la vitesse des rayons. Cela s'est produit en l'an 76 du 17e siècle.
Le chercheur a observé Io (le satellite de Jupiter) à travers un télescope. Il a découvert le schéma suivant: plus notre planète s'éloigne de Jupiter, plus le retard dans l'éclipse de Io est grand. Le plus gros retard était de 21-22 minutes.
En supposant que le satellite s'éloigne à une distance égale à la longueur du diamètre de l'orbite, le scientifique a divisé la distance par le temps. En conséquence, il a parcouru 214 000 kilomètres par seconde. Bien que cette étude soit considérée comme très approximative, car la distance était approximative, elle s'est approchée de l'indicateur actuel.
Au XVIIIe siècle, James Bradley a complété l'étude. Pour ce faire, il a utilisé l'aberration - un changement dans la position du corps cosmique en raison du mouvement de la Terre autour du soleil. James a mesuré l'angle d'aberration et, connaissant la vitesse de notre planète, il a obtenu une valeur de 301 mille kilomètres par seconde.
Expérience Fizeau
Les chercheurs et les gens ordinaires étaient sceptiques quant aux expériences de Römer et James Bradley. Malgré cela, les résultats étaient les plus proches de la vérité et pertinents depuis plus d'un siècle. Au 19ème siècle, Arman Fizeau, un scientifique de la capitale de la France, Paris, a contribué à la mesure de cette quantité. Il a utilisé la méthode de l'obturateur rotatif. De plus, comme Galileo Galilei avec son assistant, Fizeau n'a pas observé de corps célestes, mais a enquêté dans des conditions de laboratoire.
Le principe de l'expérience est simple. Un rayon de lumière était dirigé vers le miroir. En réfléchissant, la lumière a traversé les dents de la roue. Il a ensuite heurté une autre surface réfléchissante, qui était située à une distance de 8,6 km. La roue a été tournée, augmentant la vitesse, jusqu'à ce que le faisceau soit visible dans l'espace suivant. Après calculs, le scientifique a reçu un résultat de 313 000 km / s.
Plus tard, l'étude a été répétée par le physicien et astronome français Léon Foucault, recevant un résultat de 298 mille km / s. Le résultat le plus précis à ce moment-là. Des mesures ultérieures ont été effectuées à l'aide de lasers et de masers.
La vitesse supraluminique est-elle possible?
Il y a des objets plus rapides que la vitesse de la lumière. Par exemple, rayons de soleil, ombre, vibrations des vagues. Bien que théoriquement ils puissent développer une vitesse supraluminique, l'énergie qu'ils émettent ne coïncidera pas avec le vecteur de leur mouvement.
Si un faisceau lumineux passe, par exemple, à travers du verre ou de l'eau, les électrons peuvent le dépasser. Leur vitesse de déplacement n'est pas limitée. Par conséquent, dans de telles conditions, la lumière ne se déplace pas plus rapidement que quiconque.
Ce phénomène est appelé Effet Vavilov-Cherenkov. Le plus souvent trouvé dans les réservoirs profonds et les réacteurs.
