План уроку

1. Астрономічний метод вимірювання швидкості світла.

2. Лабораторні методи вимірювання швидкості світла.

3. Сталість швидкості світла у вакуумі

 

1. Астрономічний метод вимірювання швидкості світла

Швидкість світла вперше вдалося виміряти датському вченому-астроному Олофу Ремеру в 1676 р. Ремер спостерігав затемнення супутників Юпітера. Найближчий його супутник — Іо — став предметом спостережень Ремера. Учений бачив, як супутник проходив перед планетою, а потім поринав у її тінь і зникав з очей. Потім він знову з’являвся, ніби лампа, що миттєво спалахує. Проміжок часу між двома спалахами дорівнював 42 год 28 хв. Однак для земного спостерігача, який обертається разом із Землею навколо Сонця, затемнення супутника Юпітера запізнювалося. Найбільше запізнювання в настанні затемнення становило 996 с. Це додатковий час, потрібний світлу, щоб пройти відстань, що дорівнює діаметру земної орбіти. Отже, швидкість світла:

Слід відзначити: Ремер першим довів, що швидкість світла, хоча й велика, але все-таки кінцева. Утім, сам Ремер унаслідок недостатньої точності вимірювань і неточного знання радіуса орбіти Землі отримав для швидкості світла значення 215000 км/с.

Відкриття Ремера підтвердило вчення Коперніка про рух Землі.

 

2. Лабораторні методи вимірювання швидкості світла

Уперше швидкість світла лабораторним методом удалося виміряти французькому фізику І. Фізо в 1849 р. У його дослідах було отримано значення швидкості світла 313 000 км/с.

Було розроблено багато інших, більш точних лабораторних методів вимірювання швидкості світла. Зокрема, американський фізик А. Майкельсон розробив досконалий метод вимірювання швидкості світла із застосуванням обертових дзеркал.

Було визначено швидкість у різних прозорих речовинах. Швидкість світла у воді виміряли в 1856 р. Вона виявилася в 4/3 рази менша, ніж у вакуумі. У всіх інших речовинах вона також менша, ніж у вакуумі.

За сучасним даними, швидкість світла у вакуумі дорівнює 299 792 458 м/с. Приблизно можна вважати, що швидкість світла дорівнює 3∙108 м/с.

Майкельсон писав: «Те, що швидкість світла є категорією, недоступною людській уяві, і що, з іншого боку, її можливо виміряти з надзвичайною точністю, робить її визначення однією з найбільш цікавих проблем, з якими може зіштовхнутися дослідник».

3. Сталість швидкості світла у вакуумі

З розділу механіки відомо, що швидкість — величина відносна, залежна від вибору системи відліку. Майкельсон спробував довес­ти, що в природі існує одна-єдина швидкість, що не залежить від системи відліку; швидкість, однакова в усіх інерціальних системах відліку, — це швидкість світла у вакуумі, що дорівнює 3∙108 м/с.

Для доведення того положення, що швидкість світла не зале­жить від руху джерела, служать спостереження над подвійними зорями й дослід із порівняння швидкостей світла, що надходить на Землю від протилежних країв сонячного диска.

Швидкість світла — величина абсолютна, інваріантна від­носно всіх інерціальних систем відліку й не залежить від руху джерела та спостерігача.

Релятивістська механіка — розділ теоретичної фізики, що розглядає класичні закони руху тіл (частинок) за швидкостей руху v , порівнянних зі швидкістю світла.

Новим релятивістським уявленням про простір і час відповідає новий закон додавання швидкостей. Очевидно, що класичний закон додавання швидкостей не може бути справедливий, бо він суперечить твердженню про сталість швидкості світла.

 

Розв’язування задач

1. У системі відліку К відстань між точками, в яких сталися дві події, рівне l, а проміжок часу між цими подіями дорівнює t. Позначимо S = c2t2 – l2. У системі відліку К' відповідна величина S' = с2t' 2 - l' 2. Виходячи з постулатів теорії відносності, доведіть, що величини S і S' завжди мають однаковий знак і можуть перетворюватися на нуль лише одночасно.

2. Як відомо, одночасність подій відносна. Чи існує така система відліку К', в якій попадання м'яча у вікно відбувається одночасно з ударом по цьому м'ячу?

3. Атоми водню можуть випромінювати характерні радіохвилі з довжиною хвилі λ0=21см (у системі відліку, пов'язаній з випромінюючим атомом). Яку довжину хвилі λ має випромінювання, що приймається на Землі, якщо атоми водню рухаються із швидкістю v = 0,60 с перпендикулярно напряму на Землю?

4. Космічний корабель летить із швидкістю v = 0,60 с відносно Землі. У кабіні корабля зростає стебло лука із швидкістю uо =5,0 см/доб. Яка швидкість u зростання стебла з точки зору земного спостерігача? Стебло розташоване під прямим кутом до напряму руху корабля.

5. Тіло з масою спокою m рухається прямолінійно з прискоренням а. Яка сила F діє на нього в мить, коли швидкість тіла рівна v?

6. Електрон розганяється в однорідному електричному полі з напруженістю Е до релятивістської швидкості. Запишіть формулу залежності швидкості v електрона від часу і побудуйте графік цієї залежності. Через який час t швидкість v досягне половини швидкості світла? Початкову швидкість електрона вважати рівною нулю.

7.Як залежить період Т обертання релятивістського протона в циклотроні від швидкості протона v? Величина індукції магнітного поля дорівнює В.

 

Домашнє завдання:

  1. Створити презентацію на тему: «Швидкість світла»
  2. Розв’язати задачі

1. Лазер встановлений на космічній станції, що обертається довкола своєї осі з кутовою швидкістю ω. Лазер дає світловий пучок, перпендикулярний осі обертання. Світла пляма від цього пучка переміщається по екрану, встановленому нормально до пучка світла на відстані l від космічної станції, із швидкістю v = ωl. При l>с/ω швидкість руху світлої плями на екрані перевищить швидкість світла. Чи не протирічить це постулатам теорії відносності?

2. Тіло з масою спокою m рухається криволінійно з постійною по величині швидкістю v. Яка сила F діє на нього в той момент, коли прискорення тіла рівне а?

 

 

Тема уроку: Відносність одночасності подій