Волновое движение. Звук и его характеристики. Ультразвук. Переменное электромагнитное поле. Шкала электромагнитных волн, страница 28

Первое измерение скорости света в вакууме было выполнено датским астрономом О. Ремером в 1675 г. при изучении затмений одного из спутников Юпитера. Он заметил, что по мере увеличе­ния расстояния между  Юпитером и Землей затмение спутника за­паздывает все больше по сравнению с расчетным временем. Ремер объяснил что тем, что при увеличении расстояния от Юпитера до Земли на  свет должен затратить время  , чтобы пройти это расстоя­ние со скоростью. Зная  и , он вычислил скорость света, которая оказалась близкой к 3×10 м/с.

В дальнейшем скорость света измеряли много раз и в разных условиях. Наиболее точный результат измерения скорости света в воздухе удалось получить американскому физику А. Майкель­сону. Рассмотрим один из его наиболее удачных опытов

На центробежной машине он укрепил барабан с зеркальными боковыми гранями, число которых обозначим . На одну из этих граней направлялся луч света от фонаря Ф. Затем после отражения от нее и от зеркал 3₁, З и 3 луч попадал на другую грань барабана и, отразившись от нее, шел в глаз наблюдателя. ­Расстояние  от барабана до зеркал 3₁ и 3 составляло около 35 км и было тщательно измерено. Наблюдатель настраивал трубу Т так, чтобы  отчетливо видеть изображение источника света Ф, а затем барабан приводили во вращение. При этом изображение источника Ф в трубе исчезало. (Почему?) Когда скорость вращения барабана постепенно увеличивали, то при некотором числе n оборотов в минуту наблюдатель снова отчётливо видел изображение Ф. Это означало, что, пока свет шел между зеркалами, барабан успевал повернуться ровно на одну грань.

Так как время этого поворота можно выразить формулой

то для скорости света с получаем формулу .

Скорость света (в вакууме) является наибольшей возможной скоростью распространения сигналов в природе, ее значение яв­ляется одной из важнейших физических констант. В настоящее время установлено, что

.

 7 Скорость распространения света в различных средах. Оптическая плотность среды. скорость распространения электромагнитных волн зависит от рода среды и определяется выражением

=,

где -абсолютный показатель преломления среды.

У всех веществ, в которых может распространяться световое излучение, т.е. прозрачных для света, относительная магнитная проницаемость очень мало отличается от единицы; следовательно, скорость распространения света в веществе определяется его ди­электрической проницаемостью (Заметим, что  зависит от часто­ты колебаний вектора Е, поэтому и скорость распространения света в диэлектриках тоже зависит от частоты колебаний светового излучения)

Величину, характеризующую зависимость скорости распространения света от рода среды, называют оптической плотностью среды. Она численно равна абсолютному показателю преломления среды .

Ясно, что оптическая плотность вакуума равна единице. По­скольку показатель преломления для воздуха равен 1,003, то скорость света в воздухе очень часто принимают за . Скорость рас­пространения света в воде впервые измерил Ж. Фуко. Она оказа­лась в 4/3 раза меньше, чем в воздухе, т. е. у воды .

Изменение скорости распространения света является причиной преломления света, т. е. изменения направления его распростра­нения при переходе из одной прозрачной среды в другую.

Самостоятельная работа

Волновое движение

На карточке два рисунка. На левом показано отражение от вогнутой сферической поверхности звуковой волны определенной частоты. На рисунке положение узлов стоячей волны отмечено дугами. Деление и оцифровка помогут вам определить длину волны. На карточке также указана среда и скорость распространения звука. На рисунке справа показаны два динамика. По расположению динамиков и виду карточки интерференции звука (Внизу рисунка), можно определить удаленность динамиков от выбранной точки пространства, где наблюдается интерференция. Используя эти данные, выполните задания,  ответьте на вопросы.  

1  Определите длину звуковой волны по левому рисунку карточки.

2  Вычислите частоту излучателя звука.

3  С какой индуктивностью катушку надо поставить в колебательный контур, содержащий конденсатор электроемкостью в 0,001 мкф, чтобы получить излучатель электромагнитных волн с частотой в 1000 раз больше найденной звуковой? (Считать .)