Εμφάνιση αναρτήσεων με ετικέτα ταχύτητα του φωτός. Εμφάνιση όλων των αναρτήσεων
Εμφάνιση αναρτήσεων με ετικέτα ταχύτητα του φωτός. Εμφάνιση όλων των αναρτήσεων
Πέμπτη 8 Δεκεμβρίου 2016
Τετάρτη 7 Δεκεμβρίου 2016
Η ταχύτητα του φωτός: Από το Γαλιλαίο στο Fizeαu
Μόλις πριν λίγες μέρες αναπτύχθηκε η θεωρία ότι το φως δεν είχε πάντα την ίδια ταχύτητα (299.792.458 μέτρα το δευτερόλεπτο ή περίπου 300.000 χιλιόμετρα το δευτερόλεπτο). Αυτή τη θεωρία για την ταχύτητα του φωτός υποστηρίζουν εδώ και κάποια χρόνια ορισμένοι επιστήμονες, αμφισβητώντας έτσι τη θεωρία του Αϊνστάιν.
Ο Ζοάο Μαγκουέγιο του Imperial College του Λονδίνου και ο Νιαγές Αφσορντί του Πανεπιστημίου Γουότερλου του Καναδά, υποστηρίζουν ότι η ταχύτητα του φωτός ήταν ακόμα μεγαλύτερη από αυτή που υπολογίζουμε, αμέσως μετά από την «Μεγάλη Έκρηξη» που δημιούργησε το σύμπαν. Τώρα μάλιστα εκτιμούν ότι η θεωρία τους ωρίμασε και μπορούν να την παρουσιάσουν επίσημα.
Η ιδέα βέβαια, περί μη σταθερής ταχύτητας του φωτός, δεν είναι καινούρια, αλλά πρωτοεμφανίσθηκε στο τέλος της δεκαετίας του 1990, χωρίς ωστόσο να υιοθετηθεί από το σύνολο της επιστημονικής κοινότητας.
Μελετώντας την κοσμική μικροκυματική ακτινοβολία υποβάθρου, το κατάλοιπο της ακτινοβολίας που εκπέμφθηκε μετά το «Μπιγκ Μπανγκ» και η οποία ουσιαστικά αποτελεί ένα αποτύπωμα αυτού που συνέβη στο πρώιμο σύμπαν, οι δύο επιστήμονες ελπίζουν ότι τώρα έχουν τις απαραίτητες «ενδείξεις» για να υποστηρίξουν τη θεωρία τους. Και αυτό γιατί, αν η ταχύτητα του φωτός ήταν μεγαλύτερη από ό,τι, σήμερα, αμέσως μετά από τη στιγμή που δημιουργήθηκε το σύμπαν, τότε αυτό θα είναι αποτυπωμένο μέχρι σήμερα στην μικροκυματική ακτινοβολία υποβάθρου.
«Αν επαληθευθεί η θεωρία μας, αυτό θα σημαίνει ότι οι νόμοι της φύσης δεν ήσαν πάντοτε οι ίδιοι με τους σημερινούς», δήλωσαν οι επιστήμονες, που πιστεύουν ότι μέσα σε εύρος πέντε ετών, θα φανεί αν τα όσα υποστηρίζουν είναι σωστά ή όχι.
Τι είναι η ταχύτητα του φωτός
Η ταχύτητα του φωτός είναι η ταχύτητα με την οποία το φως διαδίδεται στο κενό ή σε άλλα μέσα. Η ταχύτητα του φωτός στο κενό που συμβολίζεται συνήθως με c, είναι 299.792.458 m/s (μέτρα το δευτερόλεπτο) σε μονάδες SI, δηλαδή κατά προσέγγιση 300.000 χιλιόμετρα το δευτερόλεπτο ή σε επιστημονική μορφή 3·108m/s. Η ταχύτητα του φωτός στο «κενό» θεωρείται η μέγιστη ταχύτητα που μπορεί να αναπτυχθεί, όχι μόνο από το φως αλλά και από τα υπόλοιπα ηλεκτρομαγνητικά κύματα, άλλες μορφές μετάδοσης ενέργειας και από την ύλη. Η ταχύτητα αυτή είναι τόσο μεγάλη, ώστε αν ένας παρατηρητής κινούταν γύρω από τον ισημερινό της γης με αυτή την ταχύτητα θα ολοκλήρωνε το γύρω του κόσμου σε 13 εκατοστά του δευτερολέπτου. Άλλο παράδειγμα είναι ότι το φως του ήλιου φτάνει στη γη μετά από 8 λεπτά, αφότου εκπεμφθεί από την επιφάνειά του.
Η ταχύτητα του φωτός δεν είναι σταθερή, αλλά εξαρτάται από το μέσο μέσα στο οποίο γίνεται η διάδοση. Συγκεκριμένα, όταν το φως διαδίδεται σε κάποιο υλικό (όπως το γυαλί ή ο αέρας), η ταχύτητά του εξαρτάται από τον δείκτη διάθλασης του συγκεκριμένου υλικού· όσο μεγαλύτερος είναι ο δείκτης διάθλασης, τόσο πιο μικρή είναι η ταχύτητα του φωτός μέσα στο υλικό. Η ταχύτητα του φωτός σε άλλα υλικά είναι κατά κανόνα μικρότερη από την ταχύτητα του φωτός στο κενό, ο δείκτης διάθλασης του κενού είναι 1 και στα υπόλοιπα υλικά μεγαλύτερος του ένα. Λόγω της αλλαγής της ταχύτητάς του καθώς μεταβαίνει από ένα μέσο σε άλλο με διαφορετικό δείκτη διάθλασης παρατηρείται το φαινόμενο της διάθλασης, γιατί ισχύει ο νόμος της συντομότερης διαδρομής του φωτός.
Ταχύτητα του φωτός: Η ιστορία
O πρώτος που λέγεται ότι προσπάθησε να μετρήσει την ταχύτητα του φωτός ήταν ο Γαλιλαίος το 1638. Η ιδέα του ήταν μάλλον χονδροειδής. Δύο μαθητές του στέκονταν το βράδυ σε δύο γειτονικούς λόφους, κρατώντας ο καθένας από 1 καλυμμένο φανάρι. Ο πρώτος ξεσκέπαζε το φανάρι του και άρχισε να μετράει το χρόνο. Ο δεύτερος ξεσκέπαζε το δικό του φανάρι μόλις έβλεπε το φως του φαναριού του πρώτου. Ο πρώτος σταματούσε το χρόνο μόλις έβλεπε το φως του φαναριού του δεύτερου. Φυσικά με τα χρονόμετρα της εποχής εκείνης δεν ήταν δυνατό να μετρηθεί ένα χρονικό διάστημα 10 εκατομμυριοστών του δευτερολέπτου, όσος δηλαδή ήταν ο χρόνος που χρειαζόταν το φως για να διανύσει στις δύο κατευθύνσεις την απόσταση του ενάμιση χιλιομέτρου που χώριζε τους δύο λόφους.
Το 1666 έγινε για πρώτη φορά η μέτρηση της ταχύτητας του φωτός, αν και με κάποια ανακρίβεια, απ΄το Δανό αστρονόμο Ole Roemer. O Roemer υπολόγισε την περίοδο των δορυφόρων του Δία, σκεπτόμενος ότι οι περίοδοι αυτοί θα έπρεπε πριν από οτιδήποτε άλλο να είναι σταθερές. Αλλά όταν έκανε τις πρώτες μετρήσεις του, ανακάλυψε ότι οι περίοδοι αυτές δεν ήταν σταθερές. Για την ιστορία ο Roemer μέτρησε την ταχύτητα της τάξης των 310.000 km/s.
Στα 1725 ο James Bradley χρησιμοποίησε μια μέθοδο, που λεγόταν Αστρική Διαταραχή. Αυτή η μέθοδος δέχεται ότι η γωνία, μέσα στην οποία το φως από κάποιο μακρινό αστέρα φτάνει στη γη διαφέρει, ανάλογα με τη θέση που έχει η γη εξαιτίας της τροχιάς της. Υπάρχει δηλαδή διαφορά, αν η γη πλησιάζει ή απομακρύνεται απ΄τον αστέρα.
Η μέθοδος του Γάλλου Fizeau αφορούσε το χρόνο που χρειαζόταν ένα σήμα φωτός να φτάσει ένα μακρινό καθρέφτη και να επιστρέψει. Ο Fizeau χρησιμοποίησε έναν περιστρεφόμενο τροχό, ο οποίος σε περιοδικά χρονικά διαστήματα άφηνε το φως να διέλθει μέσα από το τηλεσκόπιο του. Ο καθρέφτης του απείχε περίπου 9 χιλιόμετρα από αυτόν και η περίοδος στο τηλεσκόπιο του ήταν 60 ms.
Εικόνες: Google images
Σάββατο 27 Σεπτεμβρίου 2014
Ole Romer και ταχύτητα του φωτός
It's the birthday of Ole Rømer, who was born in 1644 in Århus, Denmark. Rømer studied at the University of Copenhagen and served for a while as tutor to French King Louis XIV's heir. He returned to Denmark 1681 to become a mathematician in the Danish court. Rømer is best known for his determination in 1676 of the speed of light using careful observations of the eclipses by Jupiter of its moon Io. Although his value - 220,000 km/s - is about 26% lower than the modern value, Rømer nevertheless demonstrated that the speed of light is finite.
Πηγή: Physics Today
Τετάρτη 30 Απριλίου 2014
Ηλεκτρομαγνητικά κύματα
Το ηλεκτρομαγνητικό κύμα
Ένα ακόμα γέννημα της ανθρώπινης σκέψης
Η έννοια ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΟ ΚΥΜΑ γεννήθηκε μέσα στις λύσεις των εξισώσεων του Maxwell. Πρωτοεμφανίζεται δηλαδή και αυτό ως δημιούργημα της ανθρώπινης σκέψης, σαν μία προφητεία που περίμενε την επαλήθευσή της . Και επαληθεύτηκε 17 χρόνια μετά.
Δημιουργείται από . .
Σύμφωνα με τη θεωρία του Maxwell το ηλεκτρομαγνητικό κύμα δημιουργείται από κάθε παλλόμενο ηλεκτρικό φορτίο αλλά και γενικότερα από κάθε φορτίο με επιτάχυνση.
Ας αξιοποιήσουμε τη φαντασία μας και ας φέρουμε στο μυαλό μας ένα θετικό σημειακό φορτίο να «κατοικεί» σε ένα σημείο του Σύμπαντος και να είναι ακίνητο ως προς κάποιο σύστημα αναφοράς. Το ηλεκτρικό αυτό φορτίο αποτελεί πηγή ηλεκτρικού πεδίου με δυναμικές γραμμές απολύτως ίσιες, ευθείες που ξεκινούν από αυτό και εξαπλώνονται στο άπειρο. Σε κάθε γεωμετρικό σημείο Α του χώρου η ένταση του ηλεκτρικού αυτού είναι αναλλοίωτη μέσα στο χρόνο και η τιμή της καθορίζεται από το φορτίο πηγή και από τη θέση του γεωμετρικού σημείου Α.
Σε κάποια στιγμή και για κάποια συγκεκριμένη αιτία το μέχρι τότε ακίνητο ηλεκτρικό φορτίο αρχίζει να κινείται μπρος πίσω, μπρος πίσω . . . να ταλαντεύεται δηλαδή με κάποια συχνότητα. Τι θα συμβεί με τις δυναμικές γραμμές του πεδίου; Θα παραμείνουν ίσιες και αναλλοίωτες; Και αν υποθέσουμε ότι βρίσκεσαι τρεις χιλιάδες χιλιόμετρα μακριά από το παλλόμενο φορτίο, πότε θα «πάρεις το μήνυμα» ότι το σημειακό φορτίο ταλαντεύεται; Η Οι εξισώσεις του Maxwell μας λένε ότι οι δυναμικές γραμμές δεν θα είναι πλέον ευθείες και αναλλοίωτες αλλά θα κινούνται σα φίδια, ένταση του ηλεκτρικού πεδίου σε ένα ορισμένο σημείο θα αυξομειώνεται περιοδικά, ενώ θα έχει ταυτόχρονα δημιουργηθεί και μαγνητικό πεδίο παλλόμενο. Όσο για το ποτέ θα φθάσει σε σένα το μήνυμα μας λένε ότι αυτό θα γίνει σε ένα χιλιοστό του δευτερολέπτου. Το μήνυμα θα ταξιδέψει με την ταχύτητα του φωτός
Περιγράφεται
η Άλγεβρα. Σε ένα απλό μοντέλο εξάπλωσης κατά μία διεύθυνση, οι τιμές της έντασης του ηλεκτρικού πεδίου υπακούουν στην Ε = Εmaxημω (t – x/c) και οι τιμές της έντασης του μαγνητικού πεδίου Β = Βmaxημω(t – x/c).
Η συχνότητα του κύματος θα είναι ίση με τη συχνότητα της πηγής. Όσο για την ταχύτητα με την οποία διαδίδεται το ηλεκτρομαγνητικό κύμα, η λύση των εξισώσεων του Maxwell μας
αποκαλύπτει ότι θα είναι ίση με το οποιοδήποτε πηλίκο του Εmax και του Βmax Εmax =cΒmax
Η τιμή όμως η οποία προκύπτει είναι ένα αποτέλεσμα εντυπωσιακό. Η ταχύτητα θα είναι ίση με την ταχύτητα του φωτός.
η Γεωμετρία. Αν χρησιμοποιήσουμε τη γεωμετρική έννοια ΚΥΜΑΤΙΚΗ ΑΚΤΙΝΑ, μπορούμε να πούμε ότι , κατά τη διάδοση του ηλεκτρομαγνητικού κύματος, εκτός του ότι το διάνυσμα Ε είναι πάντα κάθετο στο διάνυσμα Β, θα είναι και τα δύο κάθετα στην κυματική ακτίνα.
Σε κάθε δηλαδή σημείο του χώρου έχουμε μία γεωμετρική αναπαράσταση με ένα τρισορθογώνιο. Το διάνυσμα Ε , το διάνυσμα Β και η κυματική ακτίνα είναι ανά δύο μεταξύ
τους κάθετα.
Ορισμένα applets με ξεχωριστό ενδιαφέρον
http://www.phy.ntnu.edu.tw/java/emWave/emWave.html http://webphysics.davidson.edu/physlet_resources/bu_semester2/c22_EM.html
Ίσως όμως το καλύτερο είναι αυτό των Γάλλων του Πανεπιστημίου Lemans
καθώς και το επόμενο με το παλλόμενο φορτίο
Πηγή: Κασσέτας
Εγγραφή σε:
Αναρτήσεις (Atom)