Номер 3, страница 210 - гдз по физике 9 класс учебник Пурышева, Важеевская

Глава 4. Электромагнитные колебания и волны. Параграф 49. Электромагнитная природа света. Вопросы для самопроверки - номер 3, страница 210.

Условие.

3. В чём сущность лабораторных методов измерения скорости света?

Решение.

Сущность лабораторных методов измерения скорости света заключается в определении времени $\text{t}$, за которое свет проходит точно измеренное расстояние $\text{S}$. Скорость света $\text{c}$ вычисляется по базовой формуле $c = S/t$. Главная сложность таких измерений состоит в том, что скорость света огромна (около 300 000 км/с), поэтому для расстояний, возможных в лабораторных условиях (даже с использованием многократных отражений), время прохождения света оказывается чрезвычайно малым (порядка микро- или наносекунд), и его прямое измерение с помощью часов было невозможно во времена первых экспериментов.

Поэтому все лабораторные методы основаны на косвенном измерении времени $\text{t}$. Для этого промежуток времени, за который свет проходит известное расстояние, сравнивается с периодом некоторого другого быстрого и точно контролируемого периодического процесса. Исторически сложились два основных подхода:

Метод прерываний (метод Физо)
В этом методе пучок света периодически прерывается с высокой и известной частотой. В классическом опыте Ипполита Физо для этого использовалось быстро вращающееся зубчатое колесо. Свет от источника проходил через зазор между зубьями колеса, доходил до зеркала, расположенного на значительном расстоянии $\text{L}$, отражался и возвращался к колесу. Скорость вращения колеса подбиралась таким образом, чтобы за время, пока свет летел до зеркала и обратно ($t = 2L/c$), колесо успевало повернуться ровно на столько, чтобы на место зазора встал следующий зуб. В этот момент наблюдатель переставал видеть отраженный свет. Зная расстояние до зеркала $\text{L}$, число зубьев колеса и его угловую скорость вращения, при которой наступало затмение, можно было вычислить время $\text{t}$ и, следовательно, скорость света $\text{c}$.

Метод вращающегося зеркала (метод Фуко и Майкельсона)
В этом методе свет отражается от быстро вращающегося зеркала на неподвижное зеркало, находящееся на известном расстоянии $\text{L}$. Отразившись от неподвижного зеркала, свет возвращается на вращающееся. За время полета света $t = 2L/c$ вращающееся зеркало успевает повернуться на некоторый малый угол $\alpha$. Из-за этого повторно отраженный луч отклоняется от своего первоначального направления. Измерив это небольшое угловое смещение, а также зная расстояние $\text{L}$ и угловую скорость вращения зеркала, можно вычислить время $\text{t}$ и скорость света $\text{c}$. Альберт Майкельсон значительно усовершенствовал этот метод, применив вращающуюся многогранную призму (например, восьмигранную) и увеличив расстояние, что позволило ему получить на тот момент самые точные значения скорости света.

Таким образом, суть всех этих методов сводится к тому, чтобы "засечь" очень короткий интервал времени полета света с помощью другого, более медленного и измеримого процесса — как правило, механического вращения с известной скоростью.

Ответ: Сущность лабораторных методов измерения скорости света состоит в косвенном определении времени прохождения светом известного расстояния. Для этого время полета света сравнивается с периодом управляемого высокочастотного периодического процесса. Например, в методе Физо свет прерывается вращающимся зубчатым колесом, а в методе Фуко-Майкельсона используется отклонение луча света вращающимся зеркалом. Измеряя параметры этого процесса (например, скорость вращения), при которых наблюдается определенный оптический эффект (затмение или смещение луча), вычисляют время полета света и, как следствие, его скорость по формуле $c = S/t$.