Номер 1, страница 173 - гдз по физике 11 класс учебник Мякишев, Буховцев

Подумайте, почему в опыте Физо расстояние должно было быть столь большим.

В опыте Ипполита Физо по измерению скорости света большое расстояние между источником света и зеркалом было необходимо по двум основным причинам, связанным с огромной скоростью распространения света.

Основной принцип опыта заключается в том, чтобы измерить время $t$, которое требуется свету, чтобы пройти известное расстояние $L$ до зеркала и обратно, то есть путь, равный $2L$. Скорость света $c$ тогда равна $c = \frac{2L}{t}$. Время $t$ измерялось косвенно, с помощью быстро вращающегося зубчатого колеса. Свет проходил через прорезь между зубьями на пути к зеркалу. Скорость вращения колеса подбиралась такой, чтобы за время полета света к зеркалу и обратно колесо повернулось ровно на столько, чтобы на месте прорези оказался следующий зуб. В этот момент наблюдатель переставал видеть отраженный свет.

Первая и главная причина заключается в том, что скорость света чрезвычайно велика (около $3 \cdot 10^8$ м/с). Если бы расстояние $L$ было маленьким (например, 100 метров), то время полета света туда и обратно $t = \frac{2 \cdot 100 \text{ м}}{3 \cdot 10^8 \text{ м/с}}$ было бы ничтожно малым, порядка $0.67$ микросекунды. Чтобы за такое короткое время зуб колеса успел сменить прорезь, колесо пришлось бы вращать с колоссальной скоростью, которую в XIX веке было технически невозможно ни достичь, ни точно измерить.

Используя большое расстояние (в реальном опыте Физо — 8633 метра), время полета света $t$ значительно увеличивалось. Это позволяло использовать гораздо меньшие, а значит, технически реализуемые и точно измеряемые скорости вращения колеса.

Вторая причина связана с точностью измерений. Любой эксперимент имеет погрешности. Погрешность в измерении скорости вращения колеса (и, следовательно, времени $t$) приводит к погрешности в итоговом значении скорости света. Чем больше измеряемая величина (в данном случае время $t$), тем меньше относительная погрешность измерения. Увеличивая расстояние $L$, Физо увеличивал время $t$, что позволяло снизить влияние погрешностей измерений на конечный результат и получить более точное значение скорости света.

Ответ: Большое расстояние в опыте Физо было необходимо для того, чтобы увеличить время путешествия светового луча до зеркала и обратно. Поскольку скорость света очень велика, при малом расстоянии это время было бы ничтожно малым. Чтобы успеть перекрыть обратный луч зубцом колеса за такое короткое время, потребовалась бы недостижимая и неизмеримая в то время скорость вращения. Увеличение расстояния до нескольких километров делало время полета света достаточно большим, чтобы можно было использовать умеренные, технически реализуемые и точно измеряемые скорости вращения колеса, что, в свою очередь, повышало общую точность эксперимента.