Номер 1, страница 131 - гдз по физике 8 класс учебник Исаченкова, Громыко

1. Почему так долго не могли измерить скорость света?

Почему так долго не могли измерить скорость света?

Измерить скорость света было чрезвычайно сложной задачей на протяжении многих веков по нескольким ключевым причинам:

• Огромное значение скорости. Скорость света в вакууме ($c$) является фундаментальной физической постоянной и составляет приблизительно $c \approx 300 \, 000 \, 000$ м/с. Это настолько большая величина, что на земных расстояниях распространение света кажется мгновенным. Например, чтобы свет прошел расстояние в 1 км, ему требуется всего около $3.3$ микросекунды ($3.3 \times 10^{-6}$ с). Для ранних ученых такие малые промежутки времени были абсолютно неизмеримы.
• Отсутствие точных приборов. Для прямого измерения скорости по формуле $v = S/t$ на Земле требовались либо очень большие расстояния ($S$), либо сверхточные приборы для измерения времени ($t$).
  • Измерение времени: До изобретения точных хронометров и, позднее, электронных устройств, не существовало способа зафиксировать миллионные доли секунды. Человеческая реакция, которая составляет десятые доли секунды, на много порядков медленнее, чем время прохождения светом нескольких километров. Именно поэтому знаменитый опыт Галилео Галилея с фонарями на холмах в XVII веке не дал результата. Задержка, которую он пытался измерить, полностью маскировалась временем реакции экспериментаторов.
  • Технологии: Для успешного наземного измерения потребовались сложные и высокотехнологичные по тем временам установки, которые смогли бы "замедлить" или зафиксировать быстротечный процесс.
• Первые успешные измерения были астрономическими. Именно потому, что в космосе расстояния огромны, временные задержки становятся заметными.
  • Олаф Рёмер (1676 г.): Он первым смог доказать конечность скорости света и оценить ее, наблюдая за затмениями спутника Юпитера Ио. Он заметил, что когда Земля в своем движении по орбите удаляется от Юпитера, затмения наступают позже, а когда приближается — раньше. Рёмер правильно объяснил это тем, что свету требуется дополнительное время, чтобы преодолеть изменяющееся расстояние между планетами.
  • Джеймс Брэдли (1728 г.): Он получил более точное значение, изучая явление аберрации света звезд — видимого смещения звезд на небесной сфере, вызванного движением Земли по орбите.
• Первые наземные измерения. Только в середине XIX века развитие техники позволило провести измерения в земных условиях.
  • Арман Ипполит Луи Физо (1849 г.): Использовал метод с прерыванием луча света быстро вращающимся зубчатым колесом. Зная скорость вращения колеса, количество зубцов и расстояние до зеркала, он смог вычислить скорость света с погрешностью около 5%.
  • Леон Фуко (1862 г.): Усовершенствовал метод, применив вместо колеса вращающееся зеркало. Этот метод был точнее и требовал меньших расстояний, что позволило ему также измерить скорость света в воде и доказать, что она меньше, чем в воздухе.

Таким образом, главными препятствиями были колоссальная скорость распространения света и отсутствие технологий, способных измерять сверхмалые интервалы времени.

Ответ: Скорость света не могли измерить долгое время из-за её огромной величины, из-за которой распространение света на земных расстояниях казалось мгновенным. Для её измерения требовались либо астрономические расстояния, либо технологии для фиксации чрезвычайно малых промежутков времени, которые были недоступны ученым до XVII (астрономические методы) и середины XIX века (наземные методы).