Скорость света в физике - формулы и определение с примерами

Скорость света:

Измерить скорость света ученые пытались давно. Например, Галилей проводил такой опыт. На вершине одного из холмов (рис. 221) находился с фонарем его ассистент, на вершине другого холма — он сам. Ассистент должен был снять крышку со своего зажженного фонаря в тот момент, когда увидит вспышку света фонаря Галилея. Измерив промежуток времени между вспышкой своего фонаря и моментом, когда он увидел вспышку света фонаря ассистента, и зная расстояние между холмами, Галилей пытался определить скорость света. Однако измеряемый промежуток времени был так мал, что Галилей рассматривал его лишь как время реакции человека. Скорость же света он считал бесконечно большой.

После Рёмера скорость света измеряли неоднократно все более совершенными методами. Более точные результаты были получены в опытах американского ученого А. Майкельсона. С ними вы познакомитесь в 11-м классе. Полученное им значение скорости света равнялось 299 700 

Принятое в настоящее время значение скорости света в вакууме

(пустоте) равно Если не требуется особая точность, то значение скорости округляется до

Скорость света в вакууме является максимальной. Скорость света в воздухе, как показали опыты, отличается от этого значения лишь незначительно. В других прозрачных средах скорость света меньше, чем в воздухе, например:
в воде  в скипидаре

в стекле    в алмазе

О среде, в которой свет распространяется с меньшей скоростью, говорят как об оптически более плотной и, наоборот, о среде, в которой свет распространяется быстрее, — как об оптически менее плотной. Обратите внимание, что слова «более (менее) плотный» не связаны с плотностью р вещества, в котором распространяется свет. Так, например, в скипидаре, плотность которого  меньше плотности воды свет распространяется медленнее, чем в воде, значит, скипидар является оптически более плотной, чем вода, средой.

А как распространяется свет? Проведем опыт. Поставим на столе три экрана с отверстиями (рис. 222).

Зажжем свечу или электрическую лампочку и попытаемся, перемещая экраны, увидеть свет через отверстия в них. Затем возьмем тонкий прямой стержень и вставим его в отверстия. Мы увидим, что стержень проходит через все отверстия.

Значит, они расположены на одной прямой. А теперь сместим один экран. Свет в глаз больше не попадает. Это говорит о том, что свет распространяется прямолинейно.

В опыте средой, в которой распространялся свет, был воздух. А если взять другую среду, например воду, то как в ней будет распространяться свет?

Проведем опыт. В стеклянный сосуд нальем воду и добавим немного молока, чтобы луч стал видимым. Фонарь или лазерную указку, от которых идет пучок света, поднесем к стенке сосуда (рис. 223). Мы увидим в воде прямую светящуюся линию. Она образована светом, отраженным от частичек молока. Значит, и в воде свет распространяется прямолинейно. И воздух, и вода имеют по всему объему одинаковые физические свойства, поэтому являются однородными средами.

Теперь можно сформулировать закон: в однородной среде свет распространяется прямолинейно.

А если среда неоднородна (состоит из нескольких различных однородных сред)? Тогда этот закон выполняется только в случае, когда световой луч падает перпендикулярно к поверхности среды (рис. 224, а). Во всех других случаях при переходе из одной среды в другую свет меняет свое направление (рис. 224, б).

С неоднородностью среды связано искривление лучей, приводящее к образованию миражей (рис. 225).

Неоднородность среды есть следствие различной температуры соседних слоев воздуха.

• Заказать решение задач по физике

Прямолинейностью распространения света объясняются многие явления, например образование тени и полутени. Возьмем миниатюрную электрическую лампочку, мячик и экран. Расположим их, как показано на рисунке 226. В область усеченного конуса между лучами 1 и 2 свет не попадает. На экране мы видим четко очерченную тень.

А теперь осветим мячик двумя лампочками (рис. 227).

На экране мы увидим тень, т. е. область, куда нс попадает свет ни от лампочки 1, ни от лампочки 2, и полутени (области ). В области не попадает свет только от одной лампочки. Тень и полутень можно получить и от одного источника, если он не является точечным (рис. 228).

 

Для любознательных:

Образованием тени и полутени можно объяснить солнечные и лунные затмения. Когда Луна оказывается между Землей и Солнцем, на поверхность Земли в область 2 солнечные лучи не попадают и жители этой местности оказываются свидетелями полного солнечного затмения (рис. 229). В области 1 и 3 свет попадает частично, это области полутени. Жители этих мест будут видеть ту часть Солнца, от которой в данную область попадает свет.

Главные выводы:

1. Скорость света в вакууме примерно равна 300 000 
2. Скорость света в прозрачных жидких и твердых средах меньше скорости света в воздухе.
3. Чем меньше скорость света в среде, тем среда оптически более плотная.
4. В однородных прозрачных средах свет распространяется прямолинейно.