Jump to content
Sign in to follow this  
PePe

[ Fizica si Chimie ] Viteza Luminii

Recommended Posts

1834460346_vitezaluminii.gif.51ae0afe1eb62904ac140cd9cd807f85.gif
Simularea propagarii unei raze luminoase de la Pamant la Luna, aflate la aproximativ 384 400 KM, proces care dureaza circa 1,282 secunde.

Viteza luminii in vid este o importanta constanta fizica universala; conform cunostintelor existente, este viteza de propagare a luminii in vid - independent de parametrii fizici ai luminii cum sunt: culoarea, intensitatea, directia, polarizarea sau durata propagarii. Aceasta caracteristica este proprie nu numai luminii din spectrul vizibil, ea este valabila tuturor radiatiilor de natura electromagnetica cum sunt: undele radio, lumina infrarosie si ultravioleta, radiatiile X si Gamma. Viteza luminii in vid, conform teoriei relativitatii restranse a lui Einstein reprezinta valoarea limita a vitezei pe care o poate atinge un corp, indiferent de mediul in care se propaga. Valoarea sa, exprimata in unitati din Sistemul International, este de 299 792 458 m/s (metri pe secunda). Determinari experimentale de mare precizie au demonstrat stabilitatea foarte mare a valorii vitezei luminii in vid: masuratorile de laborator au aratat ca variatia vitezei de propagare pentru raze de lumina de culori (lungimi de unda) diferite se incadreaza intr-o abatere de valori ce reprezinta unu la a 1014-a parte din valoarea determinata.

Desi simbolul vitezei in fizica este „v,” pentru viteza luminii in vid se foloseste un simbol consacrat, litera minuscula „c”, mai rar „c0”, de la cuvantul latinesc celeritas (viteza).

Lumina se propaga cu viteza atat de mare incat nici un fapt empiric comun nu permite evaluarea sa pe cale obisnuita; de-a lungul istoriei au existat polemici stiintifice si filozofice privind caracterul finit sau infinit al vitezei ei. Viteza de propagare a luminii este de milioane de ori mai mare decat a sunetului, poate inconjura Pamantul de aproximativ 7 ori in decursul unei secunde, parcurge distanta de la Pamant la Luna in mai putin de 1,3 secunde. Pentru a fi posibila masurarea cu suficienta precizie a valorii vitezei luminii a fost nevoie de tehnici speciale care au evoluat odata cu dezvoltarea diferitelor ramuri ale fizicii. Prima determinare experimentala a valorii vitezei luminii, dupa nenumarate incercari esuate a fost facuta de catre Ole Rømer in anul 1676. Incepand cu secolul al XX-lea performantele determinarilor experimentale s-au imbunatatit atat de mult incat au permis cunoasterea valorii ei cu o eroare relativa de 3,34 x 10–7 %; aceasta precizie, extrem de mare a condus la redefinirea etalonului unitatii de lungime, metrul, printr-o noua definitie, bazata pe „valoarea exacta” a vitezei luminii in vid adoptata prin conventie.

Valoarea vitezei de propagare a luminii in orice mediu material transparent este mai mica decat valoarea vitezei luminii in vid. Ea depinde de caracteristicile electrice si magnetice ale mediului in care se deplaseaza si nu se modifica pentru un mediu material transparent, omogen si izotrop. La trecerea luminii dintr-un mediu transparent, omogen si izotrop intr-un alt mediu are loc modificarea vitezei, concomitent cu schimbarea directiei de propagare, fenomen cunoscut in optica geometrica sub denumirea de refractie.

Conform teoriilor actuale, general acceptate, viteza luminii in vid este cea mai mare viteza posibila din univers. Totusi, in alte medii decat in vid lumina are o viteza mai redusa, putand fi depasita, asa cum se intampla de exemplu in cadrul efectului Cerenkov.

[ 1 ] - VALOAREA EXACTA A VITEZEI LUMINII

Spoiler

 

Determinarile cantitative ale valorii vitezei luminii au devenit de-a lungul timpului din ce in ce mai precise, odata cu perfectionarea metodelor si dispozitivelor experimentale.Incepand din anii 1940, toate masuratorile efectuate au avut o eroare relativa de masurare sub 0,005 %. Rezultatele masuratorilor ulterioare convergeau spre valoarea de 299 792 450 m/s.Cunoasterea valorii cu o precizie atat de mare a ridicat problema redefinirii etalonului pentru unitatea de lungime. Fizicianul maghiar Zoltán Bay propune in 1965 inlocuirea etalonului unitatii de lungime cu un etalon bazat pe definitia unitatii de timp si valoarea vitezei luminii. El a motivat propunerea pe baza studiilor sale legate de stabilitatea si precizia de masurare a vitezei luminii. In anul 1983, al XVII-lea Congres International pentru Greutati si Masuri, tinut la Paris, a adoptat o noua definitie pentru metru si anume:

Metrul este lungimea drumului parcurs de lumina in vid in timp de 1/299 792 458 dintr-o secunda.

Valoarea utilizata in aceasta definitie pentru durata se baza pe cea mai precisa determinare a valorii vitezei luminii la acea data, efectuata in cadrul laboratoarelor NBS. Cu aceasta definitie, valoarea vitezei luminii devenea „exacta”, in sensul ca ea rezulta din calculul bazat pe definitia metrului si a secundei. 

132814363_vitezaluminiiinvid.png.d32303b110819b6e9d892c34f0d5e10c.png
1927939988_formulavitezeiluminii.png.fb5a9095475435a0308734d9e0786563.png

Cu alte cuvinte, valoarea aproximativa a vitezei luminii in vid este de trei sute de mii de kilometri pe secunda sau un miliard de kilometri pe ora.

Viteza luminii in orice alt mediu decat vidul este mai mica decat c. Factorul de micsorare a vitezei luminii este egal cu indicele de refractie al mediului respectiv. Anumite experimente au reusit incetinirea vitezei luminii pana la 17 m/s.

Desi considerata a fi viteza limita superioara in acest Univers in care traim, conform fizicii pe care o stim, totusi calatoria cu viteze superioare vitezei luminii este o tema preferata in literatura stiintifico-fantastica si nu numai in aceasta. Exista teorii in fizica moderna care afirma ca viteze superluminice sunt posibile, precum particula ipotetica numita tahion, a carei existenta nu a fost dovedita. Exista de asemenea o serie de experimente in care viteza luminii este aparent depasita, dar la o analiza atenta se poate dovedi ca in respectivele experimente nici materia nici informatia nu s-au deplasat mai repede decat lumina.

 

[ 2 ] - VALOAREA LUMINII IN TEORIA ELECTROMAGNETISMULUI

Spoiler

 

Permitivitatea electrica a vidului ( eo.png.249bc5a9ab1e76ec6755ddaaa42088fe.png ) nu depinde de c si este definita in unitati de masura al SI(Sistem International de Unitati) prin:
982850347_permitivitateaelectrica.png.9c25cab28facf973dffe5a6f9214ded9.png

Permeabilitatea magnetica a vidului ( uo.png.2280460353b54eb18a3063fd21760614.png ) nu depinde de c si este definita in unitati de masura al SI(Sistem International de Unitati) prin:
1232072553_permeabilitateamagnetica.png.d4ecab243a8a63f81e6ac13304b890d2.png

Viteza de propagare a luminii intr-un mediu material transparent este data de relatia:
1566662953_vitezadepropagarealuminii.png.1e1369ca9aa0fd9e5b3f02b44d3086dd.png

Prin raportarea lui c.png.f3cf6cda525c1a2a12b9df478d617f76.png la 1311752647_cmediu.png.ba13315fcf39a2c7c8af382d7e7fdf5e.png, se gaseste relatia de dependenta a indicelui de refractie al mediului de permitivitatea electrica relativa si permeabilitatea magnetica relativa:
230624834_indicederefractie.png.069320c25c7a31b1fd3db3435085f7a1.png

 

[ 3 ] - MASURATORI ALE VITEZEI LUMINII

Spoiler

 

Lumina se propaga cu o viteza atat de mare incat nici o experienta obisnuita din viata de toate zilele nu sugereaza ideea ca semnalele luminoase nu se propaga cu viteza infinita. Din cele mai vechi timpuri, intuitia oamenilor a condus la ideea ca lumina se propaga instantaneu. Totusi, odata cu dezvoltarea metodelor de masurare si aparitia unor noi modele ce descriau natura, in epoca renasterii se punea tot mai frecvent intrebarea: „cat de repede se propaga lumina?”. Galileo Galilei a fost cel care a ridicat cel mai transant aceasta problema, in prima jumatate a secolului al XVII-lea, a incercat sa determine viteza luminii, mai intai pe cale experimentala (in jurul anului 1620), apoi a teoretizat problema metodei de determinare. In lucrarea sa fundamentala „Dialogo dei massimi sistemi del mondo” (Dialog despre cele doua sisteme principale ale lumii), aparuta pentru prima oara la Florenta in anul 1632, si publicata sase ani mai tarziu in Olanda, scrisa sub forma unui dialog imaginar dintre trei persoane fictive care se numesc Sagredo, Salviati si Simplicio, descrie urmatorul rationament sub forma unei discutii:

Simplicio: Experienta de toate zilele ne arata ca lumina se propaga instantaneu: cand vedem o salva de artilerie, la distanta mare, lumina ajunge la ochii nostri fara a pierde nici un timp; dar sunetul ajunge la urechile noastre cu o intarziere simtitoare.
Sagredo: Bine, Simplicio, dar unicul lucru care eu pot sa-l afirm din aceasta experienta familiara este ca sunetul ce ajunge la urechea noastra merge mult mai incet decat lumina; ea nu ne spune in nici un fel daca lumina se propaga instantaneu sau daca ea necesita totusi un timp, cu toate ca ea se propaga extrem de rapid.....
148732816_masuratorialevitezei.png.a4ca93f6da35b5ac3408abbdfadeb145.png
In fragmentul de mai sus, parerea lui Simplicio intruchipeaza convingerea multiseculara a oamenilor, bazata pe experienta cotidiana, potrivit careia lumina se propaga cu viteza infinita, Sagredo, care evident il reprezinta pe Galilei, aparator al ideii verificarii teoriei pe cale experimentala, descrie in continuare o experienta simpla prin care se poate masura viteza luminii.Experimentul imaginar din cartea lui Galilei a fost efectuata de autor impreuna cu un asistent al sau cu aproximativ 12 ani in urma si este cunoscuta ca „metoda lanternei si paravanului”. 

Experienta lui Galilei („metoda lanternei si paravanului”)
Galileo Galilei si un asistent al sau au efectuat experienta descrisa in „Dialog despre cele doua sisteme principale ale lumii”, dupa toate probabilitatile in anul 1620, undeva in apropierea Florentei. Experimentul a constat in urmatoarea procedura: el si asistentul sau se aflau la o oarecare distanta unul fata de celalalt, in noapte. Fiecare avea o lanterna (un „felinar”) in mana care putea fi acoperit cu ajutorul unui paravan actionat manual dupa voie. Galilei a pornit experienta dezobturand felinarul lui. Cand lumina a ajuns la asistentul sau, acesta a descoperit felinarul lui, lumina caruia a fost observat de catre Galilei. Cunoscand cu precizie distanta dintre cei doi, Galilei a incercat sa masoare timpul scurs intre momentul descoperirii primului felinar si momentul in care el a observat lumina celui de-al doilea felinar. Prin raportul dintre dublul distantei dintre cei doi si acest interval de timp ar fi trebuit sa gaseasca valoarea vitezei de propagare a luminii in aer. Rezultatul experientei a fost un esec, din cauza faptului ca Galilei nu a putut pune in evidenta o diferenta de timp intre cele doua momente. Se stie astazi ca pentru o distanta de 1 km intre cei doi, lumina face un parcurs dus-intors intr-un interval de timp de circa 3,3 x 10–6 s. Acest interval de timp este cu ordine de marime mai mic decat timpul de reactie uman respectiv precizia ceasurilor obisnuite, motiv pentru care experienta lui Galilei a fost sortit esecului.

Masuratorile lui Ole Romer
Primele rezultate cantitative au fost obtinute in 1676 de catre Ole Rømer care studia prin telescop miscarea satelitului Io al lui Jupiter. Perioada de revolutie a lui Io in jurul lui Jupiter era cunoscuta din observatiile asupra eclipsei. Din aceste observatii, el a dedus ca lumina parcurge o distanta egala cu diametrul orbitei Pamantului in 22 de minute. Cu distantele astronomice cunoscute in acele timpuri, Rømer ar fi ajuns la o viteza a luminii de aproximativ 213 000 km/s.
1561905710_masuratorileluioleromer.jpg.2fd4eeb8ac861f9e9430123d1c2b79e3.jpg

Experienta lui Fizeau
In anul 1849 Armand Hyppolite Louis Fizeau (1819-1896), un fizician francez, a masurat pentru prima data viteza luminii pe o cale neastronomica, obtinand valoarea de 3,15x108 m/s. In figura alaturata este prezentat montajul experimental folosit de catre Fizeau in experienta sa.

836642157_experientaluifizeau.jpg.dabe936827b51b89ec61647a41a62d40.jpg

Cu ajutorul unei lentile convergente (nefigurat in imagine) lumina provenita de la sursa L era stransa si trimisa pe oglinda semitransparenta S1 care o reflecta si care facea ca in planul rotii dintate sa se formeze o imagine a sursei. Oglinda S1 era o asa-numita oglinda „semiargintata”; stratul reflector al ei era atat de subtire incat numai aproximativ jumatate din lumina incidenta era reflectata, cealalta jumatate fiind transmisa.In spatele rotii dintate se afla o alta lentila astfel ca imaginea din planul rotii dintate sa dea un fascicul paralel de lumina; dupa aceasta fasciculul trecea printr-o lentila care focaliza lumina pe oglinda S2. In experienta lui Fizeau distanta Δs dintre oglinda S2 si roata dintata Z era de 8633 m. Cand lumina intalnea din nou oglinda S1, o parte din ea era transmisa observatorului B printr-o lentila. Observatorul vedea imaginea sursei L dupa ce lumina a parcurs drumul 2Δs, dus si intors. Pentru a determina timpul necesar luminii sa parcurga aceasta distanta era nevoie ca ea sa fie marcata intr-un fel. Acest lucru sa realizat prin intreruperea fasciculului de lumina cu ajutorul rotii dintate Z. Timpul necesar parcurgerii distantei 2Δs era de 2Δs/c, timp in care roata dintata s-a rotit doar cu atat cat era necesar ca trenul de unda luminoasa care a scapat printre doi dinti ai rotii sa ajunga inapoi in planul rotii astfel ca sa fie obturat de un dinte. Lumina fiind obturata de dintele rotii, ea nu mai ajungea la ochiul observatorului. Viteza de rotatie a rotii dintate era reglabila, astfel incat pentru o anumita turatie (viteza unghiulara), observatorul nu mai vedea licaririle luminii intrerupte de roata dintata. Procedeul a constat in marirea treptata a vitezei unghiulare ω a rotii dintate pana la disparitia imaginii sursei L. Daca se noteaza cu φ unghiul la centru dintre o adancitura si un dinte al rotii, timpul de rotatie necesar pentru ca roata sa faca unghiul φ este 2Δs/c, sau pus in ecuatie: φ/ω=2Δs/c, relatie din care rezulta valoarea vitezei luminii: c=2ωΔs/φ.

 

[ 4 ] - TABEL CRONOLOGIC AL CELOR MAI CUNOSCUTE MASURATORI (Selectiv)

Spoiler

1146239309_tabelcronologicvitezaluminii.thumb.png.8effb3989800bcb99aee0468cadf16ac.png

Sursa: wikipedia

Vezi si  lumina

Share this post


Link to post
Share on other sites

Join the conversation

You can post now and register later. If you have an account, sign in now to post with your account.
Note: Your post will require moderator approval before it will be visible.

Guest
Reply to this topic...

×   Pasted as rich text.   Paste as plain text instead

  Only 75 emoji are allowed.

×   Your link has been automatically embedded.   Display as a link instead

×   Your previous content has been restored.   Clear editor

×   You cannot paste images directly. Upload or insert images from URL.

Sign in to follow this  

  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

Confidenţialitatea ta este importantă pentru noi. Vrem să fim transparenţi și să îţi oferim posibilitatea să accepţi cookie-urile în funcţie de preferinţele tale.
De ce cookie-uri? Le utilizăm pentru a optimiza funcţionalitatea site-ului web, a îmbunătăţi experienţa de navigare, a se integra cu reţele de socializare şi a afişa reclame relevante pentru interesele tale. Prin clic pe butonul "DA, ACCEPT" accepţi utilizarea modulelor cookie. Îţi poţi totodată schimba preferinţele privind modulele cookie.
Da, accept
Vezi setările
Alegerea dumneavoastră privind modulele cookie de pe acest site
Aceste cookies sunt strict necesare pentru funcţionarea site-ului și nu necesită acordul vizitatorilor site-ului, fiind activate automat.
- Afișarea secţiunilor site-ului - Reţinerea preferinţelor personale (inclusiv în ceea ce privește cookie-urile) - Reţinerea datelor de logare (cu excepţia logării printr-o platformă terţă, vezi mai jos) - Dacă este cazul, reţinerea coșului de cumpărături și reţinerea progresului unei comenzi
Companie Domeniu Politica de confidenţialitate
RCS&RDS S.A. linkmania.ro Vezi politica de confidenţialitate
ips4_hasJS, ips4_ipsTimezone, ips4_IPSSessionFront, ips4_member_id, ips4_pass_hash, ips4_language, ips4_anon_login, ips4_theme, ips4_forum_view, ips4_recentEmoji
Google LLC google.com Vezi politica de confidenţialitate
_ga, _gid, _gat, AMP_TOKEN, _gac_, __utma, __utmt, __utmb, __utmc, __utmz
Trimite
Vezi aici politica noastră de cookie-uri și de prelucrare a datelor tale
×
×
  • Create New...