Измерение скорости света

Васенина Н.А. , учитель физики

МАОУ СОШ № 85, г. Кемерово

Взгляды на природу света в античные времена

Пифагорейцы впервые выдвинули гипотезу об особом флюиде, который испускается глазами и «ощупывает» как бы щупальцами предметы, давая их ощущение.

• Атомисты же были сторонниками испускания предметами «призраков» или «образов», которые, попадая в глаза приносят душе ощущение формы и цвета теория эта связывается с именем Платона.
•  

• Наиболее ярким был, несомненно, период Альхазена. В своем первом фундаментальном постулате он утверждает:
• «Естественный свет и цветовые лучи воздействуют на глаза».
• «Зрительный образ получается с помощью пирамиды, вершина которой находится в глазу, а основание – на видимом теле».

• АЛЬХАЗЕН (Ибн аль Хайсам) (965—1039) –

• арабский ученый, родился в Басре, долгое время жил при дворе калифа Гакема в Каире.

• Написал большой труд по оптике, который наряду с аналогичными трудами Евклида и Птолемея служил руководством до времен Кеплера.
• Высказал мысль о том, что источником световых лучей является не глаз, как думали древнегреческие ученые, а светящиеся предметы.
• Приближаясь к выводу правильных законов, преломления и отражения света, установил , что падающий и отраженный лучи (так же как падающий и преломленный) находятся в одной плоскости с перпендикуляром в точке падения к плоскости, раздела между средами.
• Показал, что угол падения не пропорционален углу преломления . 

«Естественный свет и цветовые лучи воздействуют на глаза».

• Этот постулат он подкрепляет наблюдением, что глаза испытывают боль при падении на них солнечного света, прямого или отраженного от зеркала, приводя также другие примеры ослепления.
• Под естественным светом Альхазен понимает белый солнечный свет, а под цветовыми лучами – свет , отраженный от цветных предметов.

Известны опыты Альхазена с камерой-обскурой.

Взгляды на природу света в средневековье

• Средневековому человеку было не до философии. Жизнь была трудна –войны, чума уносили много населения и бороться за жизнь было главной задачей человека.
• Однако они были наблюдательны.
• Ночи в средневековом городе были темны, особенно если на небе не было луны. А вокруг были густые леса, в которых водилось много живности.

• Что же видел человек? А он видел горящие среди тьмы глаза животных.
• Кто-то же зажигал эти огоньки? И считалось, что как с помощью фонаря можно осветить все вокруг, так маленькие фонарики в глазах освещают предметы и поэтому и человек, и животные могут видеть.
• Хотя, на самом деле глаз животных представляет собой как бы вогнутое зеркало, чтобы собирать как можно больше света.

Например, глаз кошки может собрать свет даже от одной звезды на небе. Поэтому кошки хорошо видят в темноте .

• В XVII веке делаются первые попытки теоретического обоснования наблюдаемых световых явлений. Корпускулярная теория света, развитая Ньютоном, состоит в том, что световое излучение рассматривается как непрерывный поток мельчайших частиц – корпускул, которые испускаются источником света и с большой скоростью летят в однородной среде прямолинейно и равномерно.

Глядя на лазерные лучи, трудно усомниться в предположении Ньютона.

Явление льющегося с неба света видел каждый человек.

Великий Ньютон

• Открыл дисперсию света, хроматическую аберрацию, исследовал интерференцию и дифракцию, развивал корпускулярную теорию света, высказал гипотезу, сочетавшую корпускулярные и волновые представления.
• Построил зеркальный телескоп. Сформулировал основные законы классической механики. Открыл закон всемирного тяготения, дал теорию движения небесных тел, создав основы небесной механики. Пространство и время считал абсолютными.

• С точки зрения волновой теории света, основоположником которой является Х.Гюйгенс, световое излучение представляет собой волновое движение. Световые волны Гюйгенс рассматривал как упругие волны высокой частоты, распространяющиеся в особой упругой и плотной среде – эфире, заполняющем все материальные тела, промежутки между ними и межпланетные пространства.

• Гюйгенс, Хёйгенс (Huygens) Христиан
• (14. 4. 1629, Гаага, — 8. 7. 1695, там же),
• нидерландский механик, физик и математик, создатель волновой теории света.

• Первый иностранный член Лондонского королевского общества (с 1663).
• Его именем был назван спускаемый аппарат на борту АМС «Кассини», совершивший посадку на спутник Сатурна Титан.
• Гюйгенс учился в университетах Лейдена и Бреды, где изучал юридические науки и математику.

В 22 года он опубликовал работу об определении длины дуг окружности, эллипса и гиперболы. В 1654 появилась его работа «Об определении величины окружности», явившаяся важнейшим вкладом в теорию определения отношения окружности к диаметру (вычисление числа «пи»).

• Квантовая теория света возникла в начале XX века. Она была сформулирована в 1900 году, а обоснована в 1905 году. Основоположниками квантовой теории света являются Планк и Эйнштейн.

Макс Планк

Альберт Эйнштейн

• В 20 веке неоспоримо доказано, что свет является одновременно потоком частиц (фотонов) и электромагнитным излучением.
• Это явление называется корпускулярно-волновым дуализмом.
• Свет как частицы- это летящие в пространстве и времени сгустки энергии –кванты света.
• Эти сгустки существуют только в то время, пока они летят.
• Кванты испускаются возбужденными атомами и поглощаются атомами.

Измерение скорости света

Первым человеком, который пытался измерить скорость света был Галилео Галилей.

Галилей был и первым физиком в современном понимании. Все теории он проверял на опытах.

Галилео Галилей (Galileo Galilei)

Родился 15 февраля 1564, в Пизе,

Умер — 8 января 1642, Арчетри.

• Галилей пытался измерить скорость света по времени прохождения светом известного расстояния между вершинами двух холмов.
• На вершине одного из холмов Галилей поставил своего ассистента, на вершине другого встал сам.
• Ассистенту было наказано снять крышку со своего фонаря в тот момент, когда он увидит вспышку света фонаря Галилея.

• Вот такой фонарь и использовался. Только стенки фонаря были непрозрачными, а одна из стенок была с заслонкой.

Галилей измерил промежуток времени между вспышкой своего фонаря и моментом, когда он увидел вспышку фонаря ассистента.

Этот промежуток оказался столь коротким, что Галилей счёл его характеризующим только быстроту реакции человека и заключил, что скорость света должна быть беспредельно велика.

Однако скорость света была измерена в 17 веке и весьма остроумным способом.

Оле Кристенсен Рёмер

19 сентября 1710 г.

25 сентября 1644 г.

• Олаф (Оле) Кристенсен Рёмер (Olaf К. Remer) родился в Архусе в Дании 25 сентября 1644 г. в семье купца.
• Обучался в Копенгагенском университете, где сначала изучал медицину, а затем физику и астрономию.
• В 1671 г. был приглашен Ж. Пикаром для работы в Парижской обсерватории.
• В Париже Рёмер проводил разнообразные астрономические наблюдения, участвовал в решении технических проблем, а также обучал математике наследника французского престола.

Обсерватория в Париже

Дом Рёмера в Копенгагене

• Рёмер проводил наблюдения звездного неба. Совсем недавно были открыты спутники Юпитера и Рёмер наблюдал за одним из них- красавицей Ио.
• Ио близка к юпитеру. Проходя по его поверхности, она подходит к его краю и ярко вспыхивает. Затем заходит за Юпитер и астроном не видит ее 42 часа 28 минут. Выходя из тени, Ио вспыхивает яркой звездочкой вновь.
• Это такие большие космические часы.

Красавец Юпитер и его спутники

Прохождение спутника Ио по поверхности Юпитера

• Рёмер наблюдал за спутником и изучал его движение.
• Настпупил ноябрь 1675 года. Рёмер однажды сильно промок под дождем и простудился. Времена все же были не такие, как сейчас. Рёмер проболел пол-года.
• В апреле только он смог подняться в свою обсерваторию и стал ожидать выхода спутника ровно через 42 часа 28 минут.

• Каково же было его удивление, когда в указанное время спутник не появился!
• Изумлению не было границ!
• Однако через 22 минуты спутник вспыхнул яркой звездочкой!
• Где же гуляла планета 22 минуты?
• Рёмер после размышлений догадался, что Земля за полгода обернулась вокруг Солнца ровно наполовину и время тратится на то, чтобы преодолеть расстояние, равное диаметру орбиты.

Схема к расчету скорости света.

1676 год

• Для скорости света Рёмер получил значение
• 270 000 км/с
• По современным данным скорость света составляет:
• 299 792 458 м/с
• Или примерно 300 000 км/с

• Скорость света обладает удивительными свойствами:
• Это самая большая скорость, которая только может существовать в природе.
• Значение скорости света остается всегда постоянной величиной, в каком бы направлении не двигался наблюдатель .

• Совсем иначе, чем в обычных условиях. Ведь мы знаем, что плыть по течению это не одно и то же, чем плыть против течения. А вот для скорости света это совершенно безразлично.

• § 39 (читать и пересказывать). Сделать письменные сообщения по теме «Метод Физо» и «Метод Майкельсона».