Как узнали скорость света
Свет так быстр, что для нас он появляется мгновенно: щёлкнул выключатель, и комната освещена. Ещё в XVII веке многие учёные считали скорость света бесконечной. Как измерить то, что пролетает расстояние от Москвы до Владивостока быстрее чем за двадцатую долю секунды? Рассказываем, как это сделали шаг за шагом за триста лет.
Для 7–11 классов.
Фонари Галилея
Первым попробовал измерить скорость света Галилей. Два человека с фонарями встают на холмах в километре друг от друга. Первый открывает свой фонарь, второй, увидев свет, открывает свой. Первый замеряет, сколько прошло времени.
Задержку заметить не удалось: она была меньше времени реакции человека. Галилей сделал честный вывод: свет если и не мгновенный, то очень быстрый.
Рёмер и спутник Юпитера
В 1676 году датский астроном Оле Рёмер, работавший в Парижской обсерватории, наблюдал спутник Юпитера Ио. Ио регулярно скрывается в тени Юпитера, и время затмений можно было рассчитать заранее. Но затмения то опаздывали, то спешили.
Рёмер заметил закономерность: когда Земля на своей орбите удаляется от Юпитера, затмения запаздывают, а когда приближается, приходят раньше. Объяснение: свету нужно время, чтобы долететь от Юпитера до Земли, и когда Земля дальше, ему лететь дольше.
По данным Рёмера свет пересекает орбиту Земли примерно за 22 минуты. Реально около 16,6 минуты, но главное было доказано: скорость света конечна. По этим данным голландец Христиан Гюйгенс получил около 220 000 км/с, первую оценку.
Зубчатое колесо Физо
Первым измерил скорость света на Земле француз Ипполит Физо в 1849 году. Свет проходил сквозь щель между зубцами быстро вращающегося колеса, летел до зеркала в 8,6 км, отражался и возвращался. Если колесо вращалось медленно, свет проходил через ту же щель. Если быстрее, он упирался в соседний зубец и пропадал.
Зная скорость вращения и число зубцов (их было 720), Физо вычислил время пути и получил около 313 000 км/с. В 1862 году Леон Фуко, тот самый, что показал вращение Земли маятником, с вращающимся зеркалом получил 298 000 км/с, уже очень близко к правде.
Метр по свету
Американец Альберт Майкельсон посвятил измерениям скорости света полвека и первым из американцев получил Нобелевскую премию по физике в 1907 году. Потом появились лазеры, и точность выросла настолько, что слабым местом стал сам метр: эталонный брусок в Париже был измерен хуже, чем скорость.
В 1983 году учёные решили сделать наоборот: зафиксировать скорость света точно, а метр определить через неё. Теперь метр это расстояние, которое свет проходит в вакууме за 1/299 792 458 секунды. Поэтому скорость света теперь не измеряют: она равна 299 792 458 м/с по определению.
Задачи на скорость света
Задача
От Солнца до Земли примерно 150 миллионов км. Сколько времени летит до нас солнечный свет? Скорость света считать равной 300 000 км/с.
t = s / v.
t = 150 000 000 / 300 000 = 500 с.
500 с = 8 мин 20 с.
Ответ: около 8 минут 20 секунд. Мы видим Солнце таким, каким оно было 8 минут назад.
Задача
Радиосигнал (он летит со скоростью света) от марсохода идёт до Земли 12 минут. Каково расстояние до Марса в этот момент?
12 мин = 720 с.
s = 300 000 · 720 = 216 000 000 км.
Ответ: 216 миллионов км. Поэтому марсоходом нельзя управлять джойстиком: каждая команда опаздывает.
Разберём на занятии
На живых занятиях преподаватель объясняет школьные темы через такие истории: так правило или формула запоминается с первого раза.
Первое занятие бесплатное: можно посмотреть формат вместе с ребёнком и решить, подходит ли он.
Частые вопросы
Можно ли двигаться быстрее света?
По теории относительности ни одно тело с массой не может достичь скорости света, а информацию нельзя передать быстрее неё.
Свет везде летит одинаково?
Нет. В воде он примерно в 1,33 раза медленнее, в стекле примерно в 1,5 раза. Из-за этого лучи преломляются, и ложка в стакане кажется сломанной.
Что такое световой год?
Это не время, а расстояние, которое свет проходит за год: около 9,5 триллиона км. До ближайшей звезды после Солнца около 4,2 светового года.