Номер 2, страница 173 - гдз по физике 11 класс учебник Мякишев, Буховцев

Глава 7. Световые волны. Параграф 44. Скорость света. Вопросы к параграфу - номер 2, страница 173.

Условие.

В чём состояла основная трудность при измерении скорости света?

Решение.

Решение 2.

Основная трудность при измерении скорости света состояла в её огромной величине. Скорость света в вакууме ($c$) является фундаментальной физической константой и составляет приблизительно $c \approx 3 \times 10^8$ м/с. Из-за такой колоссальной скорости свет проходит даже очень большие по земным меркам расстояния за ничтожно малые промежутки времени.

Для прямого измерения скорости по формуле $v = \frac{s}{t}$ необходимо с высокой точностью измерить расстояние $s$ и время $t$. Главная проблема заключалась именно в измерении времени. Например, чтобы свет прошел расстояние в 10 км до зеркала и вернулся обратно (общее расстояние 20 км), ему потребуется время:

$t = \frac{s}{c} = \frac{20\;000 \text{ м}}{3 \times 10^8 \text{ м/с}} \approx 0.000067 \text{ с} = 67$ микросекунд.

Долгое время у ученых не было технических средств, способных измерять такие короткие интервалы времени. Первые попытки, предпринятые, например, Галилео Галилеем с использованием фонарей на холмах, потерпели неудачу, так как время реакции человека (около 0.1-0.2 секунды) на много порядков превышало время прохождения светом дистанции в несколько километров.

Проблема была решена лишь после того, как были разработаны методы, позволяющие обойти прямое измерение сверхмалых временных интервалов:

• Астрономические методы: Олаф Рёмер в 1676 году впервые оценил скорость света, наблюдая за затмениями спутника Юпитера Ио. Он заметил, что периоды затмений меняются в зависимости от взаимного расположения Земли и Юпитера. Рёмер правильно объяснил это тем, что свету требуется дополнительное время, чтобы преодолеть расстояние, равное диаметру земной орбиты. Это время уже было измеримым (порядка 16-22 минут).
• Лабораторные методы: В середине XIX века были созданы установки, позволявшие измерять скорость света в земных условиях. Арман Физо в 1849 году использовал метод с прерыванием луча света быстро вращающимся зубчатым колесом. Зная скорость вращения колеса, при которой свет, отраженный от зеркала на расстоянии нескольких километров, блокировался следующим зубцом, можно было вычислить время его распространения. Позже Леон Фуко усовершенствовал этот метод, применив вращающееся зеркало, что позволило повысить точность измерений и использовать меньшие расстояния.

Ответ: Основная трудность при измерении скорости света заключалась в её чрезвычайно большой величине, из-за чего для её определения в земных условиях требовалось измерять ничтожно малые промежутки времени (микросекунды и менее), что было технически невозможно до создания специальных астрономических и прецизионных лабораторных методов в XVII-XIX веках.