| Referate | Director web | Adauga link | Contact |

Titlu referat: Viteza luminii

Nivel referat: liceu

Descriere referat:
Colegiul Naţional
„Ion Luca Caragiale”
       
Lumina (şi toate
celelalte forme de radiaţie electromagnetică) călătoresc în vid cu o
viteză de circa 300.000 km/s, iar în aer ceva mai încet. Viteza luminii în
vid reprezintă o constantă universală, notată cu  c , şi, conform teoriei
relativităţii, nimic nu poate fi mai rapid. Într-o secundă o rază de
lumină ar putea înconjura de peste 7 ori Pământul pe la Ecuator, pe când
călătoria ei de la Soare la Pământ, pe o distanţă de circa 150.000.000
km, durează cam 8 minute.
Viteza luminii în vid este la ora actuală
determinată precis la valoarea de 299.792.458 m s-1
. Această valoare este folosită la aflarea unor
distanţe lungi prin măsurarea timpului necesar unui puls de lumină să
ajungă într-un loc şi să se întoarcă. Reprezintă de asemenea baza
anului lumină (distanţa
parcursă de lumină într-un an), o unitate folosită la măsurarea unor
distanţe astronomice foarte mari. La o scară mai redusă, valoarea vitezei
luminii permite o determinare foarte precisă a distanţelor iar metrul este
definit la ora actuală ca lungimea drumului parcurs de lumină într-o
fracţiune de 1/299.792.458 dintr-o secundă.   
Importanţa progresului
ştiinţific
Încercările de măsurare a vitezei luminii
au avut un rol important în stabilirea unor teorii ştiinţifice din trei
motive.
Sfârşitul Teoriei Corpusculare
Viteza luminii în
aer şi apă a fost pentru prima dată măsurată la mijlocul secolului XIX de
către fizicienii francezi Jean Foucault şi Armand Fizeau. Acest lucru a dus
la o respingere a teoriei corpusculare a luminii propusă de Isaac Newton.
Newton sugerase că un corp luminos emite un curent de particule care
călătoresc în linie dreaptă prin eter (un mediu despre care se credea la acea vreme că ocupă
întregul spaţiu). Dar faptul că lumina se deplasa mai încet în apă nu
putea fi explicat decât prin teoria ondulatorie a luminii şi nu prin cea
stabilită de Newton.
Originea electromagnetică a
luminii
La mijlocul secolului XIX James Clerk Maxwell
a demonstrat teoretic ca undele electromagnetice
călătoresc cu o viteză egală cu cea a luminii, ceea ce l-a condus la
concluzia că lumina este o parte a spectrului electromagnetic.
Rolul în relativitate
De mare importanţă este poate rolul
vitezei luminii în teoria relativităţii a lui Albert Einstein. Aceasta
stabileşte viteza luminii în vid ca cea mai mare viteză posibilă în
natură şi spune că viteza luminii faţă de observatori diferiţi este
aceeaşi. Viteza luminii, c, este o constantă absolută - constanta universală în ecuaţia
stabilită de Einstein, E=mc2, care
stabileşte că masa şi energia sunt echivalente.
Paradoxul constanţei vitezei luminii a
creat o mare problemă pentru fizică, problemă pe care fizicianul american de
origine germană, Albert Einstein, a rezolvat-o în cele din urmă în 1905.
Einstein sugera că teoriile fizice nu ar trebui să depindă de starea de
mişcare a observatorului. În schimb el spunea că viteza luminii trebuia să
rămână constantă, şi restul fizicii trebuia să se schimbe pentru a
respecta acest lucru. Această teorie specială a relativităţii a prezis
multe consecinţe fizice neaşteptate, dintre care toate au fost de atunci
observate în natură.
Măsurarea vitezei luminii
Au existat numeroase încercări de
măsurare a vitezei luminii.
Metoda lui Galileo
În secolul XVI astronomul italian
Galileo Galilei a realizat probabil prima încercare
de măsurare a vitezei luminii. Experienţa lui Galilei consta în
următoarele: doi observatori, aşezaţi la o distanţă mare unul de
celălalt, au fiecare câte un felinar care poate fi obturat. Observatorul A
deschide felinarul; după un anumit interval de timp lumina ajunge până la
observatorul B, care în acelaşi moment deschide felinarul său; după
câtăva vreme acest semnal ajunge până în A, care poate în felul acesta
să măsoare timpul τ care s-a scurs din
momentul trimiterii semnalului până în momentul
întoarcerii sale. Admiţând că observatorul reacţionează la semnal
instantaneu şi că lumina
are aceeaşi viteză de propagare după direcţiile AB şi BA, obţinem că
drumul AB+BA=2D e străbătut de lumină în timpul τ, adică c=2D/ τ. Cea de-a doua 
ipoteză făcută poate fi considerată foarte
verosimilă. Teoria modernă a relativităţii o ridică chiar la rangul de
principiu. Ipoteza legată de posibilitatea reacţionării instantanee la
semnal nu corespunde însă realităţii şi de aceea, dată fiind viteza
uriaşă de propagare a luminii, încercarea lui Galilei nu a dus la nici un
fel de rezultat; de fapt nu s-a măsurat timpul de propagare a semnalului
luminos, ci timpul cheltuit de observator pentru a putea reacţiona. Situaţia
poate fi îmbunătăţită dacă observatorul B se înlocuieşte printr-o
oglindă care reflectă lumina, înlăturându-se astfel erorile introduse de
unul din observatori. Acest principiu de măsurare a rămas la baza aproape a
tuturor metodelor moderne de laborator utilizate pentru determinarea vitezei
luminii; ulterior însă, au fost găsite metode excepţionale pentru
înregistrarea semnalelor şi măsurarea intervalelor de timp, ceea ce a permis
determinarea vitezei luminii cu o precizie suficientă, chiar în cazul unor
distanţe relativ mici.
Metoda lui Römer
Primele măsurători reuşite ale vitezei
luminii au fost de natură astronomică. În 1676 astronomul danez Ole (sau
Olaus) Christensen Römer (1644-1710) a observat o întârziere a eclipsei unei
luni a lui Jupiter când aceasta era văzută de pe partea îndepărtată a
orbitei pământului în comparaţie cu observarea ei de pe partea apropiată.
Presupunând că întârzierea reprezenta timpul în care lumina parcurgea
orbita pământului şi cunoscând cu aproximaţie dimensiunea orbitei din
unele observaţii precedente, el a făcut raportul distanţă-timp pentru a
estima viteza şi a ajunge la rezultatul de 286.000 km×s-1, cu o eroare de circa 5% din valoarea
cunoscută în zilele noastre.
Fizicianul englez James Bradley a realizat o
măsurătoare mai bună în anul 1729. Bradley a descoperit că era nevoie să
modifice permanent înclinaţia telescopului său pentru a putea capta lumina
stelelor pe măsură ce pământul se rotea în jurul soarelui. A ajuns astfel
la concluzia că mişcarea pământului deplasa telescopul în lateral faţă
de lumina care cobora asupra acestuia. Unghiul de înclinaţie, numit
aberaţie stelară, este
aproximativ egal cu raportul dintre viteza orbitală a pământului şi viteza
luminii. (Aceasta reprezintă şi una dintre metodele prin care oamenii de
ştiinţă au aflat că pământul se mişcă în jurul soarelui şi nu vice
versa.)
Metoda lui Fizeau
Omul de ştiinţă francez Armand Fizeau a
măsurat o viteză a luminii de 3,13 × 108 m s-1. În 1842 el
a realizat primele măsurători în condiţii de laborator. Caracteristica
metodei sale constă în înregistrarea automată a momentelor emisiei şi
întoarcerii semnalului, realizată cu ajutorul unei întreruperi regulate a
fluxului luminos (folosirea unei roţi dinţate). Lumina provenită din S se
propagă printre dinţii unei roţi W pusă în mişcare, spre oglinda M, şi
reflectându-se, trebuie să treacă din nou printre aceştia, înspre
observator. Pentru comoditate, ocularul E, care serveşte pentru observaţie,
se aşază în faţa lui a,
iar lumina provenită din S se trimite spre W cu ajutorul unei oglinzi
semitransparente N. Dacă roata se învârteşte, şi anume, cu o astfel de
viteză unghiulară încât în timpul de propagare a luminii de la
a la M şi înapoi în
dreptul dinţilor vor fi spaţii goale şi invers, atunci lumina reflectată nu
va pătrunde până la ocular şi observatorul nu o va vedea (prima
încercare). Dacă viteza unghiulară va creşte, atunci lumina va trece
parţial înspre observator. În cazul unei viteze duble vom avea un maxim de
lumină, în cazul unei viteze triple, o a doua întunecare. Cunoscând
distanţa aM=D, numărul
dinţilor z, viteza de
rotaţie (numărul de ture pe secundă ν), putem calcula viteza luminii. Condiţia primei întunecări:
lumina, care a trecut prin spaţiul gol dintre doi dinţi, la întoarcere
întâlneşte dintele cel mai apropiat. Pentru
aceasta e necesar ca în  decursul timpului t=2D/c roata să se rotească cu un unghi
2π/2z, adică unghiul care separă centrul
intervalului dintre doi dinţi vecini de centrul primului dinte. Dacă
observarea primei încercări are loc pentru un număr ν de ture pe secundă, atunci condiţia
de mai sus se va exprima cu ajutorul relaţiei: 2D/c=1/2zν, sau
c=4Dzν. O a doua încercare va avea loc în
cazul unei viteze unghiulare triple, adică atunci când lumina reflectată va
fi oprită de dintele următor etc.
Fizicianul francez Jean-Bernard Foucault a
utilizat o versiune îmbunătăţită a acestui dispozitiv pentru a determina
viteza luminii cu o eroare de până la 1% din valoarea folosită la ora
actuală.
Metoda lui Michelson
Experimentul din 1882 al lui Albert
Michelson este probabil cea mai cunoscută metodă de
măsurare a vitezei luminii, reprezentând de fapt o îmbunătăţire a
metodelor folosite de Fizeau şi Foucault. În acest experiment (reprezantat
în diagramă) Michelson a folosit un aparat alcătuit dintr-o prismă care se
putea roti, o lentilă convexă şi o oglindă concavă.
O rază de lumină de la o sursă S cade pe
o prismă care se roteşte foarte repede când aceasta se află în poziţia
AB. Lumina este focalizată de o lentilă convexă L pe suprafaţa unei oglinzi
concave M, al cărei centru de curbură se află în centrul lentilei. Raza
este reflectată şi se întoarce la prisma aflată acum...



Curs valutar
Euro4,5511
Dolarul american4,2615
Lira Sterlina5,3015
Gramul de aur170,1555
Leul moldovenesc0,2176
Materii referate

Anatomie (61)

Astronomie (61)

Biologie (546)

Chimie (530)

Contabilitate (87)

Design (4)

Diverse (878)

Drept (356)

Ecologie (59)

Economie (520)

Educatie Fizica (2)

Educatie si Invatanmant (2)

Engleza (463)

Filosofie (99)

Fizica (343)

Franceza (25)

Geografie (838)

Germana (40)

Informatica (354)

Istorie (1169)

Italiana (21)

Latina (26)

Literatura (22)

Logica (6)

Management (133)

Marketing (118)

Matematica (114)

Mecanica (13)

Medicina si Farmacie (229)

Muzica (35)

Psihologie (337)

Religie (248)

Romana (2303)

Spaniola (31)

Statistica (17)

Stiinte politice (27)

Turism (64)

Nota explicativa

Informatiile oferite de acuz.net au scop educativ si orientativ pentru cercetare academica. Va recomandam utilizarea acestora doar ca sursa de inspiratie sau ca resurse educationale.