Скоростта на светлината Всичко, което трябва да знаете!
28 юни 2017 г., 8 минути време за четене
Напомняния: светлината
Светлината е електромагнитна вълна, състояща се от магнитно поле и електрическо поле, осцилиращо перпендикулярно един на друг в равнина, перпендикулярна на посоката на разпространение на светлинната вълна. Във вакуум светлината се движи по права линия със скоростта на светлината, отбелязана c.
Скорост на светлината във вакуум
Точна стойност
Точната стойност на скоростта на светлината е фиксирана през 1983 г. от Бюрото за теглилки и мерки при: c = 299 792 458 m/s или c = 2.99792458 x 10 8 m/s, като се използват единиците на международната система.
Може да се изрази и в километри в час, като стойността в m/s се умножи по 3.6: c = 1 079 252 848.8 km/h или c = 1.0792528488 x 10 9 км/ч .
Тази стойност, която представлява основна константа във физиката, може да се използва за изчисления, изискващи висока точност. Той се използва и за дефиниране на измервателния уред в международната система от единици: един метър съответства на дължината, измината във вакуум от светлина за период от 1/299 792 458 секунди.
Приблизителна стойност
За по-общи изчисления използваме приблизителна стойност в метри в секунда: c = 3,00 x 10 8 m/s или в километри в час: c = 1,08 x 10 9 км/ч .
Всяка от тези стойности има 3 значими цифри и е достатъчно точна за повечето изчисления, включващи скоростта на светлината.
Малко историческо напомняне за скоростта на светлината
Първите схващания относно светлината предполагат, че тя може да присъства в дадено пространство или да отсъства: следователно светлината ще бъде мигновена.
Галилей не само се е произнесъл върху формата на планетата Земя !
Тогава понятието за разпространение в космоса и следователно за скорост не присъстват.
Неизменност на скоростта на светлината във вакуум
В класическата механика всяка скорост зависи от избраната референтна система.
Това обаче не важи за светлината (и електромагнитното излъчване като цяло): скоростта му е инвариантна. Това означава, че светлината се разпространява със същата скорост (c във вакуум) за наблюдател, неподвижен по отношение на своя източник, или за наблюдател в движение. Напротив, скоростта на звукова вълна, измерена от наблюдател, зависи от скоростта, с която последният се движи спрямо източника на звука.
Съвременен тест за инвариантността на скоростта на светлината е извършен през 1964 г. от екипа на Alväger, шведски физик, в рамките на Proton Synchrotron на CERN (Европейска организация за ядрени изследвания). Този тест, базиран на техниката за време на полет, се състоеше в измерване на скоростта на γ лъчите, идващи от разпадането на частици, наречени неутрални пиони π 0, които произвеждат фотони чрез разграждане.
Неизменността на скоростта на светлината представлява основният постулат на специална теория на относителността, установена от Алберт Айнщайн в началото на 20 век. Скоростта на разпространение на светлината във вакуум е неизменна независимо от честотата на светлинната вълна и независимо от разглежданата референтна рамка на Галилей.
Влияние на размножителната среда
Скорост на светлината в материята
В повечето прозрачни материални среди светлината се движи с по-ниска скорост от вакуума: своята бързане след това зависи от химическата природа на средата, от нейната плътност, от нейната концентрация (за разтвори), но също така и от определени физически величини като:
- температура,
- натиск
- или дължината на вълната на разглежданото излъчване.
Различните прозрачни среди се характеризират с техния индекс на пречупване (отбелязан n). Този безмерен индекс винаги е по-голям от 1, тъй като ние считаме, че за вакуума n = 1 и позволява да се намери с каква скорост се разпространява светлината в дадена среда. Всъщност индексът на пречупване (n) на среда се определя като отношение на скоростта на разпространение на светлината във вакуум (c) от скоростта на разпространение в тази среда (v), т.е.
| Индекс на пречупване (n) | 1.00 | 1.33 | 1,50 | 2.42 |
| Скорост (c) | 3,00 x 10 ^ 8 m/s | 2,25 x 10 ^ 8 m/s | 2,00 x 10 ^ 8 m/s | 1,24 x 10 ^ 8 m/s |