[生活] 光在真空中的速度是30萬公里每秒這速度是如何測量出來?

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光在真空中的速度是30萬公里每秒這速度是如何測量出來?各位同學大家好 我是李永樂老師我們都知道光在真空中的速度是30萬公里每秒但是大家知道這個速度是如何測量出來的嗎其實對光的每一次認識都是物理學的飛躍今天我們就來研究一下這個問題最早的時候有很多科學家認為光速是無限大的那麼直到有一個丹麥的天文學家叫做羅默他最早發現了光是以有限的速度傳播的我們來說一下羅默是怎麼做的那麼首先 我們知道太陽系中行星圍繞太陽運動比如說我們畫出地球的軌道 地球是圍繞太陽運動的木星在地球的外側
我們假設木星在這這個是木星 木星有一些衛星比如說木衛一 它是環繞着木星運動的這個是木衛一那我們知道太陽發的光照到木星上之後會被木星擋住我們把太陽看作一個點那麼木星會後邊形成一個陰影的範圍那這個就是木星的陰影 假如木星的衛星進入到陰影當中去我們就看不到木星的衛星了
這種現象我們可以管它叫木衛一的月食現象或者叫日食現象也可以反正就是進到陰影當中去了那麼當你木衛一跑到A點的時候 我們就會發現木衛一失蹤了我們在地球上看不見了 因為太陽光照不到它了如果木衛一跑到了B點的話 我們就出現了我們可以觀測木衛一從失蹤到出現的時間間隔按說這個時間間隔應該是相同的因為你每一次從這兒走到這兒時間都應該相等但是羅默卻發現它的時間是不相等的如果我們在右側地球在右側時
運動時會發現這個時間會比較短如果地球跑到左側去了那時間會比較長他說這是為什麼 經過長期的思考他明白了一個道理大家看假如地球本來在這個位置 這叫C點在C點時我發現木星的衛星失蹤了但大家注意木星的衛星失蹤時我們並不能及時觀測到光需要從這到這 需要一定的時間所以他說木星的衛星失蹤之後
光會從這傳播到地球需要一定的時間 地球上的人才知道木衛一失蹤了後來地球就走到這兒 走到D點了到了D點之後木衛一出現了於是這件事兒需要光從B傳播到D傳過來需要一段時間我們才知道但是因為地球從C走到D的過程中越來離木星越近了所以最開始木衛一失蹤傳播到地球這個光傳播的距離遠時間長 也就是他怎麼樣他過了一段時間才發現木衛一失蹤了然後出現的時候.
因為我們此時離你比較近了所以光從B傳到D的時間比較短也就是說你出現之後很快我就知道你已經出現了晚發現失蹤 早發現出現所以從這到這 這個時間間隔t1就會比較短我們發現在靠近木星的時候我們發現木衛一失蹤的時間短但是如果地球正在遠離木星
走到E點的時候發現木衛一又失蹤了 為什麼因為木衛一跑到A點並且發出的光到達了E點我們就發現木衛一失蹤了這個時候距離比較短 我們很快發現你失蹤了後來木衛一跑到B點出現的時候 地球正好在F的位置光線傳播過來需要走這麼長我們又發現了這回出現這件事需要經過比較長的時間地球上的人才能知道而失蹤這件事時間比較短
也就是先發現失蹤後發現出現因此你這個拖的時間就會比較長 這個t2就比較長這就解釋了為什麼地球靠近木星和遠離木星的時候發現木衛一失蹤的時間間隔不一樣的問題通過這個計算他得出了光的速度大概是2.25×10^8m/s這個數和我們現在所說的3×10^8m/s還有一定的誤差但是通過這個結論 人們至少承認了光速確實是有限的後來又有很多人用的各種實驗方法來測量光速比較著名的是米高孫米高孫米高孫八面鏡實驗我們來說一說這個八面鏡實驗是怎麼做的米高孫八面鏡實驗就是說 他有一個八面鏡那麼光線從一個地方發過來經過反射到達很遠處的一個位置這個很遠處的位置又通過兩次反射把光線返回來然後進入到觀察目鏡
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這個就是一個光路這個光路中其他地方距離比較短 就這個距離L比較長 好了好了正常情況下我是能看見光的但是我現在要讓這個東西旋轉起來 要讓它旋轉起來旋轉起來之後就不一定看得見光了
為什麼因為如果這個角不是45度光線就不知道發到什麼地方去了所以你看不見光如果這個角是45度的話光線過來回來的時候 這個邊可就不是了因為它已經轉了一小段了 對不對所以怎麼樣 所以此時你就會發現它不能夠再看見光了那麼我可以逐漸調整這個轉速什麼時候它會再次看到光大家知道嗎那就是當光線從這兒發過來
發過來再折回來的時間內它正好轉了一個格它正好轉了一個格就可以再次看到光正好轉一個格的時候假如我發現此時的轉速是每秒轉n周那麼這個時間間隔就是1/8的周期每秒轉n周 轉一周是n分之一秒所以這個結果就是1/8n 這個就是時間間隔並且你來回走一次走多少距離這個距離s應該是等於2L因為這個距離比較長 所以其它地方我就可以不計了然後你通過這兩件事兒就可以算出光速這個光速應該是什麼應該是s/Δt
結果是16倍的nL這個n就是你剛好看到光的時候 你的轉速每秒轉了多少周L就是距離 就是這樣米高孫通過這套實驗裝備就測出來了光的速度這光的速度是3×10^8m/s也就是接近於我們現在測量的光速了米高孫研究出這個問題之後既而就想 那麼光在真空中就可以傳播它的傳播速度是相對於哪個參考系的他猜想也許有那麼一個絕對參考系叫做以太參考繫於是米高孫又設計了一大堆實驗裝備希望找到以太但最終結果是什麼
結果是他沒有找到以太而以太尋找的失敗又直接導致了愛因斯坦的相對論的誕生所以對於光的問題每一次進步都意味着物理學的一次飛躍 好了那麼大家如果有什麼其它的問題都可以在我的頭條號李永樂老師上給我留言中學生朋友也可以關注我的微信公眾號 李永樂老師上面有我的物理和數學課程


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