Prędkość światła

Z Wikipedii

Masz nowe wiadomości (różnica z poprzednią wersją).

Prędkość światła jest to prędkość z jaką rozchodzi się fala elektromagnetyczna (światło), w próżni i wynosi 299 792 458 $\frac{m}{s}$ .

Spis treści

1 Wstęp
2 Prędkość światła - prędkość rozchodzenia się fali elektromagnetycznej
- 2.1 Pomiar prędkości światła
3 Prędkość światła - stała fizyczna
- 3.1 Dokładność wartości prędkości światła

[edytuj] Wstęp

Prędkość światła nie dotyczy tylko światła, lecz fali elektromagnetycznej w ogóle i w zależności od kontekstu może oznaczać

prędkość fali elektromagnetycznej w próżni (która jest stała i nie zależy od układu odniesienia)
stałą fizyczną c (oznaczającą prędkość fali elektromagnetycznej w próżni)
prędkość światła w dowolnym ośrodku (v<c) i może zależeć od długości fali $λ$ (dokładniej od wektora falowego).

Prędkość rozchodzenia się fali elektromagnetycznej w próżni nie zależy od częstości ( $ω = c k$ ) ani układu odniesienia.

[edytuj] Prędkość światła - prędkość rozchodzenia się fali elektromagnetycznej

Prędkość rozchodzenia fali elektromagnetycznej zależy od ośrodka w jakim porusza się ta fala i osiąga wielkość maksymalną w próżni. Należy przy tym pamiętać, że w odróżnieniu od np. dźwięku fala elektromagnetyczna do propagacji nie potrzebuje ośrodka (takim hipotetycznym ośrodkiem, w którym miałaby się fala elektromagnetyczna rozchodzić nazywano eterem. Doświadczenia Michelsona-Morleya pokazały jednoznacznie, że eter nie istnieje).

Obiekty posiadające niezerową masę spoczynkową nie mogą osiągnąć prędkości światła w próżni, choć mogą się do niej dowolnie zbliżyć. Mogą one natomiast osiągać i przekraczać prędkość poruszania się światła w danym ośrodku. Obiekty takie emitują wówczas fotony zwane promieniowaniem Czerenkowa.

W najnowszych eksperymentach nad rozchodzeniem się światła w ośrodkach materialnych udało się:

na bardzo krótki czas zatrzymać światło,
spowolnić je do prędkości 70 km/h,

Takie manipulacje z prędkością uzyskiwane są w laboratoriach, gdzie wiązkę światła przepuszcza się przez specjalnie przygotowany ośrodek, którego własności zmienia się podczas ruchu światła w tym ośrodku.

Wyniki tych doświadczeń można tłumaczyć oddziaływaniem światła z materią.

[edytuj] Pomiar prędkości światła

Pierwszego pomiaru prędkości światła dokonał, a właściwie należałoby powiedzieć, zamierzał dokonać Galileusz. Eksperyment postanowił przeprowadzić wraz ze swoim pomocnikiem za miastem na dwóch wzgórzach, mając do dyspozycji dwie latarnie. Próba polegała na odsłanianiu latarni, jednak, ze względu na ogromna prędkość światła i bardzo duży błąd pomiaru, skazana była na niepowodzenie. Była to jednak pierwsza odnotowana próba zmierzenia prędkości światła w eksperymencie.

Pierwszego laboratoryjnego pomiaru prędkości światła dokonał w 1849 roku francuski fizyk Armand Hippolyte Fizeau używając koła zębatego. Od tamtej pory udoskonalono metody pomiaru prędkości światła i obecnie dokładność tych pomiarów jest ogromna. W 1907 roku Albert Abraham Michelson otrzymał Nagrodę Nobla m.in. za bardzo dokładne pomiary prędkości światła.

[edytuj] Prędkość światła - stała fizyczna

Prędkość światła (prędkość rozchodzenia się fali elektromagnetycznej w próżni) to bardzo ważna stała fizyczna oznaczana symbolem c i wynosząca dokładnie 299 792 458 m/s. W elektrodynamice klasycznej prędkość śwatła jest konsekwencją równań Maxwella. Jest to stała fundamentalna związana z własnościami próżni: z przenikalnoścą dielektryczną ( $\varepsilon_0$ ) (w jednostkach SI):

$\varepsilon_0 = \frac{10^{7}}{4\pi c^2} \quad \mathrm{(v~ A^2\, s^4\, kg^{-1}\, m^{-3}, \, albo \, F \, m^{-1})}$

i przenikalnościa magnetyczną ( $μ 0$ )

$\mu_0 = 4\,\pi\, 10^{-7} \quad \mathrm{(v~ kg\, m\, s^{-2}\, A^{-2}, \, albo \, N \, A^{-2})}$ .

James Clerk Maxwell pokazał (około 1856 roku), że konsekwencją równań elektrodynamiki jest istnienie fali elektromagnetycznej propagującej się z prędkością:

$c= \frac {1} {\sqrt{\varepsilon_0\mu_0}}$

Eksperymentalnie zostało to potwierdzone przez Heiricha Hertza kilkadziesiąt lat później. To, że fala eletromagnetyczna propaguje się z prędkością c jest kosekwencją bezmasowości fotonu (masa spoczynkowa fotonu jest równa zeru). W szczególnej teorii względności stała ta wynika ze związku między czasem a przestrzenią w transformacji Lorentza i pojawia się w fizyce w wielu prawach i związkach:

Stanowi ona prędkość graniczną rozchodzenia się energii w szczególnej teorii względności.
$E = m c 2$
inne ....

[edytuj] Dokładność wartości prędkości światła

Po zatwierdzeniu przez Generalną Konferencję Miar i Wag w 1983 definicji metra, jako odległość, jaką pokonuje światło w próżni w czasie $\frac{1}{299792458} s$ , prędkość światła w próżni stała się wzorcem i wynosi dokładnie 299 792 458 $\frac{m}{s}$ .

W mniej dokładnych obliczeniach na poziomie szkolnym, często używa się też przybliżonej wartości tej prędkości: $3 \times 10^8 \frac{m}{s}$ , należy jednak pamiętać, że prędkość światła jest wartością stałą i dlatego można ją zapisać po prostu jako c.