Quina velocitat viatja la llum en el buit

La velocitat de la llum al buit és un indicador molt utilitzat en física i que en un moment va permetre fer una sèrie de descobriments, així com explicar la naturalesa de molts fenòmens. Hi ha diversos punts importants que cal estudiar per entendre el tema i comprendre com i en quines condicions es va descobrir aquest indicador.

Quina és la velocitat de la llum

La velocitat de propagació de la llum al buit es considera un valor absolut, que reflecteix la velocitat de propagació de la radiació electromagnètica. És molt utilitzat en física i té una designació en forma de lletra llatina minúscula "s" (diu "tse").

En el buit, la velocitat de la llum s'utilitza per determinar la rapidesa amb què es mouen les diferents partícules.

Segons la majoria d'investigadors i científics, la velocitat de la llum al buit és la velocitat màxima possible de moviment de partícules i de propagació de diversos tipus de radiació.

Pel que fa als exemples de fenòmens, són:

1. Llum visible de qualsevol font.
2. Tot tipus de radiació electromagnètica (com ara raigs X i ones de ràdio).
3. Ones gravitatòries (aquí les opinions d'alguns experts difereixen).

Molts tipus de partícules poden viatjar prop de la velocitat de la llum, però mai l'assoleixen.

El valor exacte de la velocitat de la llum

Els científics porten molts anys intentant determinar quina és la velocitat de la llum, però es van fer mesures precises als anys 70 del segle passat. Finalment l'indicador era de 299.792.458 m/s amb una desviació màxima de +/-1,2 m. Avui és una unitat física invariable, com que la distància en un metre és 1/299.792.458 de segon, és a dir, el temps que triga la llum en el buit a recórrer 100 cm.

Científic fórmula per determinar la velocitat de la llum.

Per simplificar els càlculs, l'indicador es simplifica a 300.000.000 m/s (3×108 m/s). És familiar per a tothom en el curs de física a l'escola, és allà on es mesura la velocitat d'aquesta forma.

El paper fonamental de la velocitat de la llum en física

Aquest indicador és un dels principals, independentment del sistema de referència utilitzat en l'estudi. No depèn del moviment de la font d'ona, que també és important.

La invariància va ser postulada per Albert Einstein el 1905. Això va passar després que un altre científic, Maxwell, que no va trobar proves de l'existència d'un èter luminífer, va presentar una teoria sobre l'electromagnetisme.

L'afirmació que un efecte causal no es pot transportar a una velocitat superior a la velocitat de la llum es considera avui força raonable.

A propòsit! Els físics no neguen que algunes de les partícules es puguin moure a una velocitat superior a l'indicador considerat. Tanmateix, no es poden utilitzar per transmetre informació.

Referències històriques

Per entendre les característiques del tema i esbrinar com es van descobrir determinats fenòmens, cal estudiar els experiments d'alguns científics. Al segle XIX es van fer molts descobriments que van ajudar els científics més tard, es referien principalment al corrent elèctric i als fenòmens d'inducció magnètica i electromagnètica.

Experiments de James Maxwell

La investigació del físic va confirmar la interacció de les partícules a distància. Posteriorment, això va permetre a Wilhelm Weber desenvolupar una nova teoria de l'electromagnetisme. Maxwell també va establir clarament el fenomen dels camps magnètics i elèctrics i va determinar que es poden generar entre si, formant ones electromagnètiques. Va ser aquest científic el primer que va començar a utilitzar la designació "s", que encara és utilitzada pels físics de tot el món.

Gràcies a això, la majoria dels investigadors ja van començar a parlar de la naturalesa electromagnètica de la llum. Maxwell, mentre estudiava la velocitat de propagació de les excitacions electromagnètiques, va arribar a la conclusió que aquest indicador és igual a la velocitat de la llum, en un moment es va sorprendre per aquest fet.

Gràcies a la investigació de Maxwell, va quedar clar que la llum, el magnetisme i l'electricitat no són conceptes separats. En conjunt, aquests factors determinen la naturalesa de la llum, perquè és una combinació d'un camp magnètic i elèctric que es propaga a l'espai.

Esquema de propagació d'ones electromagnètiques.

Michelson i la seva experiència en la prova de l'absolutisme de la velocitat de la llum

A principis del segle passat, la majoria dels científics utilitzaven el principi de relativitat de Galileu, segons el qual es creia que les lleis de la mecànica no canvien, independentment del marc de referència que s'utilitzi. Però al mateix temps, segons la teoria, la velocitat de propagació de les ones electromagnètiques hauria de canviar quan la font es mou. Això anava en contra tant dels postulats de Galileu com de la teoria de Maxwell, que va ser el motiu de l'inici de la investigació.

En aquell moment, la majoria dels científics es van inclinar per la "teoria de l'èter", segons la qual els indicadors no depenien de la velocitat de la seva font, el principal factor determinant eren les característiques de l'entorn.

Michelson va descobrir que la velocitat de la llum no depèn de la direcció de mesura.

Com que la Terra es mou a l'espai exterior en una direcció determinada, la velocitat de la llum, segons la llei de la suma de velocitats, diferirà quan es mesura en diferents direccions. Però Michelson no va trobar cap diferència en la propagació de les ones electromagnètiques, independentment de quina direcció es fessin les mesures.

La teoria de l'èter no podia explicar la presència d'un valor absolut, que mostrava encara millor la seva fal·làcia.

La teoria especial de la relativitat d'Albert Einstein

Un jove científic en aquell moment va presentar una teoria que va en contra de les idees de la majoria d'investigadors. Segons ell, el temps i l'espai tenen característiques tals que asseguren la invariància de la velocitat de la llum en el buit, independentment del marc de referència escollit. Això explicava els experiments infructuosos de Michelson, ja que la velocitat de propagació de la llum no depèn del moviment de la seva font.

[tds_council]La confirmació indirecta de la correcció de la teoria d'Einstein va ser la "relativitat de la simultaneïtat", la seva essència es mostra a la figura.[/tds_council]

Un exemple de com la ubicació d'una persona afecta la seva percepció de la propagació de la llum.

Com es mesurava la velocitat de la llum abans?

Molts han intentat determinar aquest indicador, però a causa del baix nivell de desenvolupament de la ciència, abans era problemàtic fer-ho. Així, els científics de l'antiguitat creien que la velocitat de la llum era infinita, però més tard molts investigadors van dubtar d'aquest postulat, la qual cosa va provocar una sèrie d'intents per determinar-lo:

1. Galileu va utilitzar llanternes. Per calcular la velocitat de propagació de les ones de llum, ell i el seu assistent es trobaven a turons, la distància entre les quals es va determinar exactament. Aleshores un dels participants va obrir el fanal, el segon va haver de fer el mateix tan bon punt va veure la llum. Però aquest mètode no va donar resultats a causa de l'alta velocitat de propagació de l'ona i la incapacitat de determinar amb precisió l'interval de temps.
2. Olaf Roemer, un astrònom de Dinamarca, va observar una característica mentre observava Júpiter. Quan la Terra i Júpiter es trobaven en punts oposats de les seves òrbites, l'eclipsi d'Io (una lluna de Júpiter) va tenir 22 minuts de retard en comparació amb el mateix planeta. A partir d'això, va concloure que la velocitat de propagació de les ones lluminoses no és infinita i té un límit. Segons els seus càlculs, la xifra era d'aproximadament 220.000 km per segon.
   Determinació de la velocitat de la llum segons Roemer.
3. Al voltant del mateix període, l'astrònom anglès James Bradley va descobrir el fenomen de l'aberració lumínica, quan degut al moviment de la Terra al voltant del Sol, així com a causa de la rotació al voltant del seu eix, a causa del qual la posició de les estrelles al cel i la distància a ells canvia constantment.A causa d'aquestes característiques, les estrelles descriuen una el·lipse durant cada any. A partir de càlculs i observacions, l'astrònom va calcular la velocitat, era de 308.000 km per segon.
   aberració de la llum
4. Louis Fizeau va ser el primer que va decidir determinar l'indicador exacte mitjançant un experiment de laboratori. Va instal·lar un vidre amb una superfície de mirall a una distància de 8633 m de la font, però com que la distància és petita, era impossible fer càlculs de temps precisos. Aleshores, el científic va muntar una roda dentada, que periòdicament cobria la llum amb dents. En canviar la velocitat de la roda, Fizeau va determinar a quina velocitat la llum no tenia temps de lliscar entre les dents i tornar enrere. Segons els seus càlculs, la velocitat era de 315 mil quilòmetres per segon.
   Experiència de Louis Fizeau.

Mesura de la velocitat de la llum

Això es pot fer de diverses maneres. No val la pena analitzar-los en detall; cadascun requerirà una revisió per separat. Per tant, és més fàcil entendre les varietats:

1. Mesures astronòmiques. Aquí, els mètodes de Roemer i Bradley s'utilitzen amb més freqüència, ja que han demostrat la seva eficàcia i les propietats de l'aire, l'aigua i altres característiques del medi ambient no afecten el rendiment. En condicions de buit espacial, la precisió de mesura augmenta.
2. ressonància de cavitat o efecte cavitat - aquest és el nom del fenomen de les ones magnètiques estacionàries de baixa freqüència que sorgeixen entre la superfície del planeta i la ionosfera. Utilitzant fórmules especials i dades d'equips de mesura, no és difícil calcular el valor de la velocitat de les partícules a l'aire.
3. Interferometria - un conjunt de mètodes d'investigació en què es formen diversos tipus d'ones.Això es tradueix en un efecte d'interferència, que permet realitzar nombroses mesures de vibracions tant electromagnètiques com acústiques.

Amb l'ajuda d'equips especials, es poden prendre mesures sense utilitzar tècniques especials.

És possible la velocitat superluminal?

Basat en la teoria de la relativitat, l'excés de l'indicador per part de partícules físiques viola el principi de causalitat. Per això, és possible transmetre senyals del futur al passat i viceversa. Però, al mateix temps, la teoria no nega que hi pugui haver partícules que es mouen més ràpid, mentre que interactuen amb substàncies ordinàries.

Aquest tipus de partícules s'anomenen taquions. Com més ràpid es mouen, menys energia transporten.

Vídeo lliçó: l'experiment de Fizeau. Mesura de la velocitat de la llum. Grau 11 de Física.

La velocitat de la llum en el buit és un valor constant; molts fenòmens de la física es basen en ella. La seva definició es va convertir en una nova fita en el desenvolupament de la ciència, ja que va permetre explicar molts processos i simplificar una sèrie de càlculs.