Muchas personas han sabido de la existencia de un concepto como la "velocidad de la luz" desde la primera infancia. Pero no todos conocen en detalle el fenómeno.
Muchos llamaron la atención sobre el hecho de que durante una tormenta eléctrica hay un retraso entre un relámpago y el sonido del trueno. El brote, como regla, nos llega más rápido. Esto significa que tiene mayor velocidad que el sonido. ¿Cuál es la razón para esto? ¿Cuál es la velocidad de la luz y cómo se mide?
¿Cuál es la velocidad de la luz?
Primero entendamos cuál es la velocidad de la luz. Científicamente, esta cantidad muestra la rapidez con que los rayos se mueven en el vacío o en el aire. También necesitas saber qué es la luz. Esta es la radiación que es percibida por el ojo humano. La velocidad depende de las condiciones ambientales, así como de otras propiedades, por ejemplo, la refracción.
Hecho interesante: La luz tarda 1,25 segundos en viajar de la Tierra a un satélite, la luna.
¿Cuál es la velocidad de la luz en tus propias palabras?
En pocas palabras, la velocidad de la luz es el lapso de tiempo durante el cual un haz de luz recorre cualquier distancia. El tiempo generalmente se mide en segundos. Sin embargo, algunos científicos usan diferentes unidades. La distancia también se mide de diferentes maneras. Básicamente, este es un medidor. Es decir, este valor se considera en m / s. La física explica esto de la siguiente manera: un fenómeno que se mueve con cierta velocidad (constante).
Para que sea más fácil de entender, veamos el siguiente ejemplo. El ciclista se mueve a una velocidad de 20 km / h. Quiere alcanzar al conductor del automóvil, cuya velocidad es de 25 km / h. Si cuentas, entonces el auto va 5 km / h más rápido que un ciclista. Con los rayos de luz, las cosas son diferentes. No importa qué tan rápido se mueva la primera y la segunda persona, la luz, con respecto a ellas, se mueve con velocidad constante.
¿Cuál es la velocidad de la luz?
Cuando no está en el vacío, varias condiciones afectan la luz. La sustancia a través de la cual pasan los rayos, incluso. Si el número de metros por segundo no cambia sin acceso al oxígeno, en un entorno con acceso al aire, el valor cambia.
La luz viaja más lentamente a través de diversos materiales como el vidrio, el agua y el aire. Este fenómeno recibe un índice de refracción para describir cuánto ralentizan el movimiento de la luz. El vidrio tiene un índice de refracción de 1.5, lo que significa que la luz lo atraviesa a una velocidad de aproximadamente 200 mil kilómetros por segundo. El índice de refracción del agua es 1.3, y el índice de refracción del aire es ligeramente superior a 1, lo que significa que el aire solo ralentiza ligeramente la luz.
Por lo tanto, después de pasar a través del aire o líquido, la velocidad disminuye, disminuyendo en vacío. Por ejemplo, en varios depósitos, la velocidad de movimiento de los rayos es 0.75 de la velocidad en el espacio. Además, con una presión estándar de 1.01 bar, la tasa se ralentiza en un 1.5-2%. Es decir, en condiciones terrestres, la velocidad de la luz varía según las condiciones ambientales.
Para tal fenómeno, se les ocurrió un concepto especial: la refracción. Es decir, la refracción de la luz. Es ampliamente utilizado en varios inventos. Por ejemplo, un refractor es un telescopio con un sistema óptico. Además, con la ayuda de esto, también se crean binoculares y otros equipos, cuya esencia del trabajo es el uso de la óptica.
En general, el rayo más pequeño puede refractarse pasando a través del aire ordinario. Al pasar a través de un vidrio óptico especialmente creado, la velocidad es de aproximadamente 195 mil kilómetros por segundo. Esto es casi 105 mil km / s menos que la constante.
El valor más preciso de la velocidad de la luz.
Los físicos a lo largo de los años han adquirido experiencia en la investigación de la velocidad de los rayos de luz. Por el momento, el valor más preciso de la velocidad de la luz es 299,792 kilómetros por segundo. La constante se estableció en 1933. El número sigue siendo relevante.
Sin embargo, surgieron nuevas dificultades con la determinación del indicador.Esto se debió a un error del medidor. Ahora el medidor depende directamente de la velocidad de la luz. Es igual a la distancia que recorren los rayos en un cierto número de segundos: 1 / velocidad de la luz.
¿Cuál es la velocidad de la luz en el vacío?
Dado que la luz no se ve afectada por varias condiciones en el vacío, su velocidad no cambia como lo hace en la Tierra. La velocidad de la luz en el vacío es de 299,792 kilómetros por segundo.. Este indicador es el límite. Se cree que nada en el mundo puede moverse más rápido, incluso los cuerpos cósmicos que se mueven bastante rápido.
Por ejemplo, un caza, un Boeing X-43, que supera la velocidad del sonido en casi 10 veces (más de 11 mil km / h), vuela más lento que un rayo. Este último se mueve más de 96 mil kilómetros por hora más rápido.
¿Cómo se midió la velocidad de la luz?
Los primeros científicos intentaron medir este valor. Se usaron diferentes métodos. En el período de la antigüedad, la gente de ciencia creía que es infinito, por lo tanto, es imposible medirlo. Esta opinión se mantuvo durante mucho tiempo, hasta el siglo 16-17. En esos días, aparecieron otros científicos que sugirieron que el rayo tiene un final y que se puede medir la velocidad.
El famoso astrónomo de Dinamarca Olaf Roemer llevó el conocimiento de la velocidad de la luz a un nuevo nivel. Se dio cuenta de que el eclipse de la luna de Júpiter llega tarde. Anteriormente, nadie le prestaba atención a esto. En consecuencia, decidió calcular la velocidad.
Propuso una velocidad aproximada, que era igual a unos 220 mil kilómetros por segundo. Más tarde, un científico de Inglaterra James Bradley se hizo cargo del estudio. Aunque no tenía toda la razón, se acercó un poco a los resultados de la investigación actual.
Después de un tiempo, la mayoría de los científicos se interesaron en esta cantidad. La investigación involucró a personas de diferentes países. Sin embargo, hasta los años 70 del siglo XX no hubo descubrimientos grandiosos. Desde la década de 1970, cuando se les ocurrieron láseres y maseros (generadores cuánticos), los científicos han realizado investigaciones y han obtenido la velocidad exacta. El valor actual ha sido relevante desde 1983. Solo se corrigieron pequeños errores.
La experiencia de Galileo
Un científico de Italia sorprendió a todos los investigadores de esos años con la simplicidad y el genio de su experiencia. Se las arregló para medir la velocidad de la luz usando herramientas ordinarias que estaban al alcance de su mano.
Él y su asistente treparon las colinas vecinas, habiendo calculado previamente la distancia entre ellos. Tomaron las linternas encendidas, las equiparon con amortiguadores que abren y cierran las luces. A su vez, abriendo y cerrando la luz, intentaron calcular la velocidad de la luz. Galileo y el asistente sabían de antemano con qué retraso abrirían y cerrarían la luz. Cuando uno se abre, el otro hace lo mismo.
Sin embargo, el experimento fue un fracaso. Para que funcione, los científicos tendrían que pararse a una distancia de millones de kilómetros uno del otro.
La experiencia de Römer y Bradley
Este estudio ya se ha escrito brevemente arriba. Esta es una de las experiencias más progresivas de la época. Römer usó el conocimiento en astronomía para medir la velocidad de los rayos. Sucedió en el año 76 del siglo XVII.
El investigador observó a Io (el satélite de Júpiter) a través de un telescopio. Descubrió el siguiente patrón: cuanto más se aleja nuestro planeta de Júpiter, mayor es el retraso en el eclipse de Io. El mayor retraso fue de 21 a 22 minutos.
Suponiendo que el satélite se está alejando a una distancia igual a la longitud del diámetro de la órbita, el científico dividió la distancia por el tiempo. Como resultado, recibió 214 mil kilómetros por segundo. Aunque este estudio se considera muy aproximado, debido a que la distancia era aproximada, se acercó al indicador actual.
En el siglo XVIII, James Bradley complementó el estudio. Para hacer esto, utilizó la aberración, un cambio en la posición del cuerpo cósmico debido al movimiento de la Tierra alrededor del sol. James midió el ángulo de aberración y, conociendo la velocidad de nuestro planeta, obtuvo un valor de 301 mil kilómetros por segundo.
Experiencia Fizeau
Los investigadores y la gente común se mostraron escépticos sobre las experiencias de Römer y James Bradley. A pesar de esto, los resultados fueron más cercanos a la verdad y relevantes durante más de un siglo. En el siglo XIX, Arman Fizeau, un científico de la capital de Francia, París, contribuyó a la medición de esta cantidad. Utilizó el método de obturador giratorio. Además, al igual que Galileo Galilei con su asistente, Fizeau no observó cuerpos celestes, sino que investigó en condiciones de laboratorio.
El principio de la experiencia es simple. Un rayo de luz apuntaba al espejo. Al reflexionar, la luz pasó a través de los dientes de la rueda. Luego golpeó otra superficie reflectante, que se encontraba a una distancia de 8,6 km. Se giró la rueda, aumentando la velocidad, hasta que el haz fue visible en el siguiente espacio. Después de los cálculos, el científico recibió un resultado de 313 mil km / s.
Más tarde, el estudio fue repetido por el físico y astrónomo francés Leon Foucault, obteniendo un resultado de 298 mil km / s. El resultado más preciso en ese momento. Las mediciones posteriores se llevaron a cabo con láser y masers.
¿Es posible la velocidad superluminal?
Hay objetos más rápidos que la velocidad de la luz. Por ejemplo, rayos de sol, sombras, vibraciones de olas. Aunque en teoría pueden desarrollar una velocidad superluminal, la energía que emiten no coincidirá con el vector de su movimiento.
Si un haz de luz pasa, por ejemplo, a través del vidrio o el agua, los electrones pueden alcanzarlo. No están limitados en velocidad de movimiento. Por lo tanto, en tales condiciones, la luz no se mueve más rápido que nadie.
Este fenómeno se llama Efecto Vavilov-Cherenkov. Se encuentra con mayor frecuencia en depósitos y reactores profundos.
