13
Viteza luminii Jakab Timea Clasa a IX S 22.05.2015 Profesor îndrumător : Ghiţă Apostol

Viteza luminii

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Viteza luminii

Viteza luminii

Jakab Timea

Clasa a IX S

22.05.2015

Profesor îndrumător : Ghiţă Apostol

Page 2: Viteza luminii

Viteza luminii Viteza luminii în vid este o importantă constantă fizică universală;

conform cunoștintelor existente, este viteza de propagare a luminii în vid perfect - independent de parametrii fizici ai luminii cum sunt: culoarea, intensitatea, direcția, polarizarea sau durata propagării. Această caracteristică este proprie nu numai luminii din spectrul vizibil, ea este valabilă tuturor radiațiilor de natură electromagnetică cum sunt: undele radio, lumina infraroșie și ultravioletă, radiațiile X și Gamma. Viteza luminii în vid, conform teoriei relativității restrânse a lui Einstein reprezintă valoarea limită a vitezei pe care o poate atinge un corp, indiferent de mediul în care se propagă. Valoarea sa, exprimată în unități din Sistemul Internațional, este de 299.792.458 m/s (metri pe secundă). Determinări experimentale de mare precizie au demonstrat stabilitatea foarte mare a valorii vitezei luminii în vid: măsurătorile de laborator au arătat că variația vitezei de propagare pentru raze de lumină de culori (lungimi de undă) diferite se încadrează într-o abatere de valori ce reprezintă unu la 1014 parte din valoarea determinată.

Page 3: Viteza luminii
Page 4: Viteza luminii

Deși simbolul vitezei în fizică este "v," pentru viteza luminii în vid se folosește un simbol consacrat, litera minusculă "c", mai rar „c0”, de la cuvîntul latinesc celeritas (viteză).

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. Pentru a fi posibilă măsurarea cu suficientă precizie a valorii vitezei luminii a fost nevoie de tehnici speciale care au evoluat odată cu dezvoltarea diferitelor ramuri ale fizicii. Prima determinare experimentală a valorii vitezei luminii, după nenumărate încercări eșuate a fost făcută de către Ole Rømer în anul 1676. Începând cu secolul al XX-lea performanțele determinărilor experimentale s-au îmbunătățit atât de mult încât au permis cunoașterea valorii ei cu o eroare relativă de 3,34x10-7%; această precizie, extrem de mare a condus la redefinirea etalonului unității de lungime, metrul, printr-o nouă definiție, bazată pe „valoarea exactă” a vitezei luminii în vid adoptată prin convenție.

Page 5: Viteza luminii

Valoarea vitezei de propagare a luminii în orice mediu material transparent este mai mică decât valoarea vitezei luminii în vid. Ea depinde de caracteristicile electrice și magnetice ale mediului în care se deplasează și nu se modifică pentru un mediu material transparent, omogen și izotrop. La trecerea luminii dintr-un mediu transparent, omogen și izotrop într-un alt mediu are loc modificarea vitezei, concomitent cu schimbarea direcției de propagare, fenomen cunoscut în optica geometrică sub denumirea de refracție.

Conform teoriilor actuale, general acceptate, viteza luminii în vid este cea mai mare viteză posibilă din univers. Totuși, în alte medii decât în vid lumina are o viteză mai redusă, putând fi depășită, așa cum se întâmplă de exemplu în cadrul efectului Cerenkov.

Page 6: Viteza luminii
Page 7: Viteza luminii

Valoarea exactă a vitezei luminii

Cu alte cuvinte, valoarea aproximativă a vitezei luminii în vid este de treisute de mii de kilometri pe secundă sau un miliard de kilometri pe oră.

Viteza luminii în orice alt mediu decât vidul este mai mică decât c. Factorul de micșorare a vitezei luminii este egal cu indicele de refracție al mediului respectiv. Anumite experimente au reușit încetinirea vitezei luminii până la 17 m/s

Page 8: Viteza luminii
Page 9: Viteza luminii

Măsurători ale vitezei luminii Lumina se propagă cu o viteză atât de mare încăt nici o experiență

obișnuită din viața de toate zilele nu sugerează ideea că semnalele luminoase nu se propagă cu viteză infinită.Din cele mai vechi timpuri, intuiția oamenilor a condus la ideea că lumina se propagă instantaneu.Totuși, odată cu dezvoltarea metodelor de măsurare și apariția unor noi modele ce descriau natura, în epoca renașterii se punea tot mai frecvent întrebarea :„cât de repede se propagă lumina?”. Galileo Galilei a fost cel care a ridicat cel mai tranșant această problemă, în prima jumătate a secolului al XVII-lea, a încercat să determine viteza luminii, mai întâi pe cale experimentală (în jurul anului 1620), apoi a teoretizat problema metodei de determinare.În lucrarea sa fundamentală „Dialogo dei massimi sistemi del mondo” (Dialog despre cele două sisteme principale ale lumii), apărută pentru prima oară la Florența în anul 1632, și publicată șase ani mai târziu în Olanda, scrisă sub forma unui dialog imaginar dintre trei persoane fictive care se numesc Sagredo, Salviati și Simplicio, descrie următorul raționament sub forma unei discuții:

Page 10: Viteza luminii

Simplicio: Experiența de toate zilele ne arată că lumina se propagă instantaneu: când vedem o salvă de artilerie, la distanță mare, lumina ajunge la ochii noștri fără a pierde nici un timp; dar sunetul ajunge la urechile noastre cu o întârziere simțitoare

Sagredo: Bine, Simplicio, dar unicul lucru care eu pot să-l afirm din această experiență familiară este că sunetul ce ajunge la urechea noastră merge mult mai încet decăt lumina; ea nu ne spune în nici un fel dacă lumina se propagă instantaneu sau dacă ea necesită totuși un timp, cu toate că ea se propagă extrem de rapid..

În fragmentul de mai sus, părerea lui Simplicio întruchipează convingerea multiseculară a oamenilor, bazată pe experiența cotidiană, potrivit căreia lumina se propagă cu viteză infinită, Sagredo, care evident îl reprezintă pe Galilei, apărător al ideii verificării toriei pe cale experimentală, descrie în continuare o experiență simplă prin care se poate măsura viteza luminii.Experimentul imaginar din cartea lui Galilei a fost efectuată de autor împreună cu un asistent al său cu aproximativ 12 ani în urmă și este cunoscută ca „metoda lanternei și paravanului

Page 11: Viteza luminii

Experiența lui Galilei („metoda lanternei și paravanului”) Galileo Galilei și un asistent al său au efectuat experiența descrisă în

„Dialog despre cele două sisteme principale ale lumii”, după toate probabilitățile în anul 1620, undeva în apropierea Florenței. Experimentul a constat în următoarea procedură: el și asistentul său se aflau la o oarecare distantă unul față de celălalt, în noapte. Fiecare avea o lanternă (un „felinar”) în mână care putea fi acoperit cu ajutorul unui paravan acționat manual după voie. Galilei a pornit experiența dezobturând felinarul lui. Când lumina a ajuns la asistentul său, acesta a descoperit felinarul lui, lumina căruia a fost observat de către Galilei. Cunoscând cu precizie distanța dintre cei doi, Galilei a încercat să măsoare timpul scurs între momentul descoperirii primului felinar și momentul în care el a observat lumina celui de-al doilea felinar. Prin raportul dintre dublul distanței dintre cei doi și acest interval de timp ar fi trebuit să găsească valoarea vitezei de propagare a luminii în aer. Rezultatul experienței a fost un eșec, din cauza faptului că Galilei nu a putut pune în evidență o diferență de timp între cele două momente. Se știe astăzi că pentru o distanță de 1 km între cei doi, lumina face un parcurs dus-întors într-un interval de timp de circa 3.3x10−6 s. Acest interval de timp este cu ordine de mărime mai mic decât timpul de reacție uman respectiv precizia ceasurilor obișnuite, motiv pentru care experiența lui Galilei a fost sortit eșecului.

Page 12: Viteza luminii
Page 13: Viteza luminii

Bibliografie www,wikipedia.com