Электромагнитті жарық табиғаты. Жарық жылдамдығы. Физика, 11 сынып, презентация.

Жарық жылдамдығы

Оқу мақсаты:

Жарық жылдамдығын анықтаудың зертханалық және астрономиялық әдістерін түсіндіру

Жарық жылдамдығын өлшеу

Жарық өте жоғары жылдамдықпен қозғалатындықтан, оның жылдамдығын өлшеуге арналған алғашқы әрекеттер сәтсіз болды.

Есте сақта!!! c = 3.00 x 108 м/с

Галилео жарық жылдамдығын 1,5 км қашықтықта орналасқан екі бақылаушы көмегімен өлшеуге тырысты.

Бақылаушылардың реакция уақыты жарықтың өту уақытынан ұзағырақ болды.

Жарық жылдамдығын өлшеу–Рёмер әдісі

1675 жылы Оле Рёмер жарық жылдамдығын есептеу үшін астрономиялық бақылауларды қолданды.

Ол Күнді айналасында қозғалған Юпитердің серігі Ио-ның айналу периодын пайдаланды.

Жер 90°бұрыш жасаған кездегі қозғалыс периоды арқылы Юпитердің қандай бұрышқа орын ауыстыратыны есептелді.

Ремер әдісі

Жер, неғұрлым, Юпитерден алыстаған сайын айналу периоды ұзағырақ болып отырды.

Керісінше, Жер жақындаған сайын, қысқарып отырды.

Ремер келтірген мәліметтерді пайдалана отырып, Гюйгенс Используя данные Ремера, Гюйгенс жарық жылдамдығының төменгі шегін 2.3 x 108м/с деп бағалады.

Бұл өте маңызды мәлімет болды, өйткені ол жарықтың шексіз жылдамдыққа ие екенін көрсетті, сонымен қатар осы жылдамдыққа баға берді.

Оле Ремердің зерттеуі

J1, E1 және J2, E2 - Юпитер мен Жердің Күн айналасындағы шамамен алты ай интервалы бар сәйкес орбиталарында орналасуы. Ремер максималды және минималды уақыт аралығындағы уақыт айырмашылығы жарықтың соңғы жылдамдығын білдіретінін түсінді. Екі планета Күннің қарама-қарсы жағында болғандықтан жарық Жерге жету үшін ұзағырақ жүру керек болды.

Жарық жылдамдығын табу үшін Жер орбитасының диаметрін уақыт айырмашылығына бөлу керек болды.

Христиан Гюйгенстің есептеулері

Оле Ремердің мәліметтерін қолдана отырып, Христиан Гюйгенс алдымен есептеулер жүргізді және жарық жылдамдығы үшін 211 000 000 м/с мәнін алды.

Жарық жылдамдығының дұрыс мәні - 299 000 000 м/с. Христиан Гюйгенстің дұрыс есептеулеріне қарамастан, Оле Ремердің есептеулерінен алынған мәліметтер қате болды.

Ремердің айтуынша, Жер Юпитерден Жер орбитасының диаметрі бойынша күткен уақыттан 22 минут өткенде тұтылудың басталуының толық кешігу уақыты болды. Содан бері тек 16,7 минут қажет екендігі көрсетілді.

Жарық жылдамдығын өлшеу – Физо әдісі

Бұл таза жер үсті техникасын қолдана отырып, жарық жылдамдығын өлшеудің алғашқы сәтті әдісі.

Бұл әдісті 1849 жылы Арман Физо ойлап тапты.

Ол айналмалы тісті дөңгелекті пайдаланды.

Дөңгелек (көз болып саналатын) пен айна арасындағы қашықтық белгілі болды.

Дөңгелекті белгілі бір жылдамдықпен бұра отырып, ол қашықтықтағы айнаға барар жолда тісті доңғалақтағы бір саңылау арқылы жарық көзінен өтуге мүмкіндік берді, ал шағылысқан жарық келесі жолмен кері жолда екінші саңылау арқылы өтті.

Дөңгелектің бұрыштық жиілігін білетіндіктен, ол екі бос орын арасындағы уақыт аралығын есептеп, жарық жылдамдығын есептеу үшін дөңгелек пен алыс айна арасындағы қашықтықты пайдалана алды.

Физо әдісі

d – дөңгелек пен айна арасындағы қашықтық

Δt – жарықтың барып қайтқан толық уақыты

ары қарай c = 2d / Δt

Физо келесі мәнді анықтады.

c = 3.1 x 108 м/с.

t = тісті дөңгелектің жарты кетікке айналу уақыты

Майкельсон секундына 520 айналу жылдамдығымен айналатын айнаны қолданды. Жарық жылдамдығы = 2*35 км/уақыт. Уақыт = 1/8 айналуға кететін уақыт. Мұны белгілі айналу жылдамдығынан есептеп алуға болады. Майкельсон шамамен 299 775 000 м/с мәнін алды.

Майкельсон әдісі

Зерттеу барысы

сегіз қыры бар айнаны айналымға келтіру, жарық импульстарын шашырату;

айнаның айналу жылдамдығын өзгерту

белгілі бір жылдамдықта сіз жарық импульстарын көре аласыз

жылдамдықпен айна 2*35км қашықтықта жарық өтуге қажетті уақыттың 1/8 бөлігін айналады

жарық жылдамдығын есептеу

Майкельсонның есептеулері қалай жұмыс жасайды.

c=2dfm=2*35000*520*8=2.9*10⁸ м/с

1-ші теңдеу, мұнда t – уақыт және d – бір жағының ұзындығы

2-ші теңдеу, мұнда θ – бұрыштық орын ауыстыру және m – айналып тұрған айнаның қырларының саны

3-ші теңдеу, мұнда f – айнаның айналу жиілігі

1 және 3 теңдеулерді біріктіреміз

4-ші теңдеу

5-ші теңдеу