МИР ГЛАЗАМИ СОВРЕМЕННОЙ ФИЗИКИ
Москва, "Мир", 1984
|
Рис. 9. Измерение давления света. Свет, отражаясь от блестящей пластины, оказывает на нее вдвое большее давление, чем на зачерненную пластинку, которой он поглощается. Чтобы исключить влияние сопротивления воздуха и броуновского движения его молекул, измерительное устройство помещают в вакуум. Угол поворота крыльчатки измеряют по отражению светового луча от зеркальца. |
Большую часть информации о внешнем мире мы получаем зрительно, т. е. с помощью света. Тем не менее о самом свете мы знаем из простых наблюдений очень мало. Мы различаем цвета, но не понимаем, в чем состоит их различие, и не можем (не прибегая хотя бы к полученным в школе знаниям) связать их с численным значением какой-либо физической величины. Наблюдаемые световые явления не свидетельствуют непосредственно и о том, что свет имеет волновую природу. Наоборот, обычные наблюдения скорее заставляют нас предполагать, что свет — это поток очень малых, быстро движущихся частиц. Пожалуй, нагляднее всего об этом свидетельствует опыт, схема которого представлена на рис. 9; подобный опыт поставил в 1901 г. русский физик П. Н. Лебедев. При освещении легкая крыльчатка, состоящая из двух пластинок, поворачивается так, что это вполне согласуется с представлением о свете как о потоке мельчайших частиц, которые поглощаются зачерненной пластинкой, а от блестящей пластинки упруго отражаются. С помощью такого устройства Лебедев впервые измерил давление света, хотя его величина здесь чрезвычайно мала. Однако в космическом пространстве, где другие воздействия относительно слабы, давление света проявляется заметно. Например, под давлением солнечных лучей хвосты комет (состоящие из газов) всегда изгибаются в направлении от Солнца.
|
Рис. 10. Измерение скорости света методом Физо. Свет от интенсивного источника, сфокусированный оптической системой, проходит в просвет между двумя зубцами зубчатого колеса и падает на удаленное зеркало. Отраженный луч тоже фокусируется так, чтобы он опять прошел в просвет между зубцами. Колесо заставляют быстро вращаться, а отраженный от зеркала луч света наблюдают в зрительную трубу. Пусть при определенном числе оборотов (п) в секунду отраженный луч не проходит, так как колесо за истекшее время успело повернуться и на пути отраженного луча вместо впадины оказался зубец. Но при удвоенном числе оборотов (2п) отраженный луч проходит через соседнюю впадину, при утроенном (З п) — он вновь перекрывается следующим зубцом и т. д. Зная расстояние Dмежду зеркалом и колесом, число зубцов колеса г и число оборотов п, можно довольно точно вычислить скорость света. |
Аналогично корпускулярная теория света позволяет объяснить прямолинейное распространение света, резкую тень предметов, отражение и преломление световых лучей. Однако прямые наблюдения не дают возможности судить, распространяется ли свет с конечной скоростью или она бесконечна. Наше зрение воспринимает любое изменение потока света — скажем, происходящее при выключении или включении источника света, быстром повороте прожектора — практически мгновенно, как бы далеко ни находился источник. Чтобы установить, что скорость света имеет конечную величину, требуется достаточно чувствительная аппаратура. Однако идея эксперимента проста, и мы рассмотрим его в данной главе (рис. 10). Для его осуществления нужна хорошая зрительная труба (или бинокль), зеркало, помещенное по возможности дальше от трубы (в первом эксперименте такого рода расстояние между ними составляло 7 км), и узконаправленный источник света, так чтобы отражение луча света от зеркала было хорошо видно в зрительную трубу. Самой технически важной частью установки является очень быстро вращающееся колесо с мелкими прямоугольными зубцами по периметру. Зубцы прерывают луч света, идущий от источника, и его отражение наблюдают в трубу также через просветы между зубьями. Источник, трубу и зеркало устанавливают таким образом, чтобы при том положении колеса, когда свет от источника проходит между зубцами, зеркало тоже было видно в трубу в просвет между зубцами. Затем колесо начинают вращать, непрерывно ускоряя, пока — при определенном, достаточно большом числе оборотов — наблюдаемое в трубу изображение источника в зеркале совсем не исчезнет. При таком числе оборотов время, необходимое для прохождения света до зеркала и обратно к колесу, точно равно времени, за которое колесо повернется на расстояние, равное расстоянию между зубцом и соседней с ним впадиной. Это время легко подсчитать, зная угловую скорость зубчатого колеса и число зубцов, а отсюда, измерив расстояние между зеркалом и колесом, нетрудно определить скорость света. Если вращение колеса ускорять дальше, то луч света вновь попадет на зеркало при скорости вращения колеса вдвое большей первой, так как тогда он снова может пройти от зеркала к трубе в просвет между зубцами колеса.
Подобный эксперимент осуществил в 1849 г. А. Физо. Он получил величину скорости света, приблизительно равную 300 000 км/с. (По результатам современных, значительно более точных измерений скорость света в вакууме составляет 299 792,5±0,1 км/с.) Однако Физо был не первым, кто измерил скорость света. Еще в 1675 г. ее сравнительно точно оценил датский астроном О. Рёмер, наблюдая движение спутников Юпитера. Так астрономические измерения помогли установить значение одной из важнейших физических констант.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
