Колебания и волны. Оптика. Атомная и ядерная физика
§ 158. Определение скорости света по методу вращающе-
жүктеу/скачать 6,71 Mb. Pdf көрінісі
|
| § 158. Определение скорости света по методу вращающе-
гося зеркала. Французский физик Леон Фуко (1819–1868) применил в 1862 г. очень точный способ определения времени прохождения света между двумя пунктами A и B, благодаря чему удалось надежно измерить скорость света, не прибегая к чрезмерно большим расстояниям между A и B. Световой сигнал, вышедший по направлению SA (рис. 308), отражался вращающимся зеркалом A к неподвижному зерка- лу B. Это последнее делалось сферическим с очень большим радиусом кривизны R, так что центр его совпадал с зеркалом A. Благодаря такому устройству свет при любом положении зерка- ла A распространялся вдоль радиуса зеркала B, падал перпен- дикулярно на его поверхность и после отражения шел вновь по радиусу зеркала B, т. е. возвращался к зеркалу A. О днако за время τ , в течение которого свет проходил путь от A до B и об- ратно (т. е. путь, равный 2R), зеркало A успевало повернуться на небольшой угол α, и свет отражался по направлению AS
,
и зная угловую скорость вращения зеркала, можно определить время τ , а следовательно, и скорость света c = 2R/τ . В одном из опытов Фуко расстояние AB = 4 м, частота вращения зеркала N = 800 с − 1
,
Гл. XVIII. Скорость света 387
следовательно, для этих данных τ =
α 2 πN = 2,7 · 10 − 8 с и c = 2 R τ = 296 000 км/с. Среднее значение скорости света, полученное Фуко, равня- лось 298 000 км/с. Вводя на пути света AB трубу с водой, Фуко смог непосред- ственно измерить скорость распространения света в воде и полу- чил значение, в 4 3
с представлениями Гюйгенса (см. § 130). Рис. 308. К определению скорости света по методу вращающегося зеркала Введя ряд остроумных усовершенствований в метод вра- щающегося зеркала, американский физик Альберт Майкельсон (1852–1931) значительно повысил точность определения скоро- сти света. По его определениям (1927 г.) c = 299 796 км/с. За последние годы лабораторные методы определения скорости света существенно усовершенствованы. В их основу положены независимые измерения длины световой волны и ее частоты. Это позволило К. Ивенсону с сотрудниками в 1972 г. определить скорость света с точностью 0,2 м/с: c = 299 792 456,2 ± 0,2 м/с. Однако эти результаты требуют дальнейшего подтверждения. В 1973 г. решением Генеральной ассамблеи Международного комитета по численным данным для науки и техники, обобщив- шим все известные экспериментальные данные, скорость света 13*
388 Гл. XVIII. Скорость света в вакууме принято считать равной c = 299 792 458 ± 1,2 м/с. Для всех практических расчетов мы будем принимать ско- рость света в вакууме равной 300 000 км/с (3 · 10 8
Колоссальная с точки зрения наших земных масштабов ско- рость света не так уж велика в масштабах астрономических. Здесь время распространения света измеряется значительными числами. Так, свет идет от Солнца до Земли около 8 мин, а от ближайшей звезды — около 4 лет. За год свет проходит путь примерно в 10 13 км. Эта величина оказывается удобной в каче- стве единицы длины для огромных астрономических расстояний; она называется световым годом. Наряду с этой единицей астрономы пользуются парсеком. Парсек (т. е. параллакс-секунда) — это расстояние, с которого радиус земной орбиты (150 млн км) виден под углом 1
. Нетруд- но подсчитать, что парсек равен примерно 3 1 4 светового года. В настоящее время имеется возможность независимо изме- рять частоту ν и длину волны λ монохроматического света, поэтому скорость его c = λν может быть найдена и без кинема- тических измерений, осуществляемых прежними способами.
|