Determinarea vitezei luminii

Metode de determinare a vitezei luminii

Simularea propagării unei raze luminoase de la Pământ la Lună, aflate la aproximativ 384 400 km, proces care durează circa 1,282 secunde.

Undele luminoase sânt unde electromagnetice.

Viteza luminii în vid este de exact 299 792 458 metri pe secundă . Motivul pentru care avem acest numar exact astazi, este datorită faptului că viteza luminii în vid este o constantă universală care a fost masurată prin utilizarea laserelor, iar atunci când un experiment implică lasere, cifrele nu pot fi contrazise.

info

Poate fi curios ca este vorba de unnumar intreg, dar nu este o coincidenta – lungimea unui metru este definita prinintermediul ur matoarei constante: „lungimea unui traseu traversat de lumina in vid inintervalul de timp este de 1/299 792 458 al unei secunde”

În urma cu câteva sute de ani se considera sau presupunea că viteza luminii este infinită,când, de fapt, aceasta este doar foarte foarte rapidă.

Metoda lui Galilei Încercări de determinare a vitezei luminii au fost făcute din antichitate. Un experiment ştiinţific de determinarea a vitezei luminii îi aparţine lui Galileo Galilei în anul 1638. Metoda lui Galilei este cunoscută drept metoda felinarului şi paravanului şi se bazează pe măsurarea timpului în care lumina ar parcurge o distanţă cunoscută.

Experimentul lui Galilei

info

Ceas cu apă

Galilei şi un asistent al său au folosit două felinare acoperite cu câte un paravan. Distanţa dintre ei a fost măsurată în prealabil. Experimentul se desfăşoară pe timp de seară. Ambele felinare sunt iniţial acoperite cu un paravan.Galilei ridică paravanul care acoperă felinarul său. Când asistentul vede lumina trebuia la rândul său să descopere propriul paravan. Timpul dus-întors al luminii este măsurat cu un ceas.

Nu se ştie ce instrument a folosit Galilei pentru a măsura timpul. Cel mai probabil a folosit un ceas cu apă. Estimarea lui a fost că viteza luminii ar fi de 10 ori mai mare ca a sunetului. Motivul pentru care Galilei nu a putut determina viteza luminii a fost că nu avea un ceas suficient de precis să măsoare timpul.

Metoda lui Michelson - Foucault

Prima măsurătoare precisă a vitezei luminii a fost făcută de fizicianul american Albert Michelson care a preluat şi îmbunătăţit o metodă ce i-a aparţinut unui alt fizician şi anume Leon Foucault.Rezultatul experimentului făcut de A. Michelson în 1878 privind determinarea vitezei luminii a fost de 299 910±50 km/s. Experimentul a fost îmbunătăţit şi Michelson a obţinut în 1883 o nouă valoare şi anume de 299 853±60 km/s. Pentru determinarea vitezei luminii Albert Michelson primeşte premiul Nobel pentru fizică în 1907 fiind primul american care obţine această importantă distincţie.

Lumina se propagă cu viteză atât de mare încât nici un fapt empiric comun nu permite evaluarea sa pe cale obișnuită; de-a lungul istoriei au existat polemici științifice și filozofice privind caracterul finit sau infinit al vitezei ei. Viteza de propagare a luminii este de milioane de ori mai mare decât a sunetului, poate înconjura Pământul de aproximativ 7 ori în decursul unei secunde, parcurge distanța de la Pământ la Lună în mai puțin de 1,3 secunde.

info

Pentru prima dată, oamenii de știință pot confirma că gravitația călătorește cu viteza luminii. Lumina are o limită de viteză de aproximativ 384.400 kilometri pe secundă. Potrivit Relativității speciale a lui Einstein, nimic nu poate călători mai rapid decât viteza luminii.

Călătoria cu o viteză mai mare decât viteza luminii presupune în mod ştiinţific , a călători înapoi în timp.

Dilatarea temporală este un concept din fizică care se bazează pe idea că, pe măsură ce călătorești prin spațiu, timpul se măsoară diferit pentru obiectul în mișcare decât pentru un obiect nemișcat.

info

Metoda lui Fizeau În 1849 fizicianul francez Louis Fizeau a construit un dispozitiv care folosea un sistem complicat de oglinzi, lentile şi o roată dinţată. Un fascicul foarte intens de lumină era trimis prin acest dispozitiv. Viteza roţii dinţate trebuia să fie destul de mare şi astfel potrivită încât în timpul necesar luminii să se ducă şi să se întoarcă prin dispozitiv rotaţia roţii dinţate să fie cu un spaţiu dintre dinţi, altfel lumina ar fi obturată şi nu ar mai putea fi observată.

Acest dispozitiv a fost montat între două dealuri de lângă Paris, Suresnes şi Montmartre, distanţa totală parcursă de lumină fiind de aproximativ 17 266 de m.

Lunile lui Jupiter

info

Ole Romer, astronom danez, demostrează că viteza luminii este finită şi oferă o primă estimare a acesteia destul de apropiată de valoarea reală. Raţionamentul lui Romer are la bază observaţii astronomice legate de unul din sateliţii planetei Jupiter numit IO.

Io este una din cele 4 luni a lui Jupiter (satelit similar celui al Pământului, Luna), IO efectuează o rotaţie completă a lui Jupiter în aproximativ 42 ore şi jumătate iar planul orbitei sale este aproximativ identic cu planul lui Jupiter. Aceasta face ca în momentul în care IO este în opoziţie cu Soarele să nu poată fi văzut. Adică se produce o eclipsă a lui IO. Timpul cât durează eclipsa depinde de poziţia Pământului.

Romer a estimat că lumina parcurge diametrul orbitei Pământului în jurul Soarelui într-un timp de aproximativ 22 min, ceea ce a condus la o valoare a vitezei luminii de aproximativ 220 000 km/s ( valoare cu 27% mai mică decât cea cunoscută azi).

Viteza luminii azi

În perioada anilor 1960 – 1980 au fost efectuate mai multe experimente extrem de precise privind detrminarea vitezei luminii. Experimentul din 1972 care a folosit un interferometru laser foarte precis a determinat valoarea vitezei luminii în aer ca fiind c = 299 792 456 .2 ± 1.1 m/s. În anul 2011, Conferinţa Generală de Măsuri şi Unităţi care este un for constituit la nivel internaţional stabileşte viteza luminii în vid ca fiind o constantă fundamentală a fizicii valoarea ei acceptată azi este de c = 299 792 458 m/s.

Viteza luminii

info