Какое явление легло в основу первого определений скорости света: Какое явление легло в основу первого определений скорости света?

Cвет. Скорость света. Элементы теории относительности.

Определение

Оптика — раздел физики, изучающий явления и свойства света.

Прежде чем приступить к изучению явлений и законов оптики, следует разобраться в природе света. Выясним, что он собой представляет, какими свойствами обладает, и какую роль скорость света играет в специальной теории относительности Эйнштейна.

Корпускулярная и волновая теории света

Действие одного тела на другое может передаваться переносом вещества или изменением среды без переноса вещества. К примеру, заставить колокольчик звенеть можно, если попасть в него камнем. Это пример воздействия переноса вещества (рис. а). Если же к язычку колокольчика привязать шнур (рис. б), взять его конец и начать дергать, то переноса вещества происходить не будет. Но колокольчик зазвенит, поскольку среда (шнурок) между рукой и колокольчиком будет изменяться (колебаться).

В соответствии с двумя способами передачи действия от источника к приемнику возникли и начали параллельно развиваться две теории о том, что такое свет, и какова его природа:

• корпускулярная — эту теорию выдвигал Ньютон;
• волновая — эту теорию выдвигал Гюйгенс.

Согласно корпускулярной теории, свет — это поток частиц (корпускул), идущих от источника во все стороны (происходит перенос вещества). Согласно волновой теории, свет — это волна (происходит изменение среды).

Обе теории оказались несостоятельными. Так, корпускулярная теория не объясняла, почему пересекающиеся пучки света в пространстве никак не взаимодействуют друг с другом. Ведь если бы это были частицы, то они бы сталкивались и рассеивались. Однако волновая теория это легко объясняла на примере волн на поверхности воды, которые свободного проходят друг через друга, не оказывая взаимного влияния. Но она не могла объяснить

прямолинейное распространение света. Хотя в корпускулярной теории оно легко объясняется действием закона инерции.

Вскоре Максвеллу удалось доказать, что свет представляет собой электромагнитную волну. Но в начале XX века выяснилось, что в одних случаях свет ведет себя как волна, в других — как частица. Так, явление интерференции и дифракции света легко объясняется, если принять свет за волну. Но явления излучения и поглощения света могут быть объяснены только в том случае, если считать свет потоком частиц.

В связи с двойственной природой света в физике начали развиваться два направления: геометрическая и волновая оптика.

Определения

Геометрическая оптика — раздел оптики, изучающий законы распространения света в прозрачных средах, отражения света от зеркально-отражающих поверхностей и принципы построения изображений при прохождении света в оптических системах без учёта его волновых свойств.

Волновая оптика — это отдел физической оптики, в котором изучают интерференцию, дифракцию, поляризацию и другие явления, для понимания которых необходимо и достаточно представление о волновой природе света.

Пример №1. Учитывая, что свет распространяется прямолинейно, вычислить площадь тени, которую отбрасывает квадратное препятствие со стороной квадрата 1 м. Плоскость квадратного препятствия перпендикулярна направлению распространения света от точечного источника. Учесть, что расстояние от источника света до препятствия равно 6 м, а расстояние от препятствия до плоской параллельной ему поверхности, в которой образовалась тень — 4 м. Источник света равноудален от углов квадратного препятствия.

Построим рисунок:

Согласно условию задачи, OA = OC, тогда AB = CD. Так как свет распространяется прямолинейно, тень примет вид квадрата со стороной BD. Следовательно, нам нужно найти его площадь, равную квадрату его стороны.

Треугольники OAC и OBD подобны по двум сторонам и углу между ними, следовательно AC подобна BD. OA относится к OB следующим образом:

OAOB..=66+4..=610..

Следовательно:

ACBD..=610..

1BD..=610..

BD=106..≈1,67

Тогда площадь тени равна:

S=BD2=(1,67)2≈2,79 (кв.м)

Скорость распространения света

Когда мы включаем свет, комната озаряется светом моментально. Поэтому кажется, что свету нисколько не нужно времени, чтобы достигнуть стен.

Но это не так, просто свет распространяется с такой большой скоростью, что это непросто заметить в обычных условиях.

Впервые конечность скорости света удалось установить О. Рёмеру (датскому ученому) в 1676 г. Он наблюдал за затмением Ио — спутника Юпитера. Он видел, как ИО проходил перед планетой, а затем погружался в ее тень и пропадал из поля зрения. Затем он опять появлялся, как мгновенно вспыхнувшая лампа. Промежуток времени между двумя вспышками был равен 42 ч 28 мин. Поэтому спутник представлял для астронома космические часы, которые посылали сигналы на Землю через равные промежутки времени.

Сначала Рёмер делал измерения, когда Земля при своем движении вокруг Солнца подошла к Юпитеру максимально близко. Затем он повторил их в момент, когда Земля максимально удалилась от Юпитера. Измерения показали, что во втором случае спутник появился на 22 минуты позже по сравнению с первым результатом. Ученый объяснил это явление так: «Если бы я мог остаться на другой стороне земной орбиты, то спутник всякий раз появлялся бы из тени в назначенное время; наблюдатель, находящийся там, увидел бы Ио на 22 минуты раньше.

Запаздывание в этом случае происходит оттого, что свет употребляет 22 мин на прохождение от места моего первого наблюдения до моего теперешнего положения».

Зная опаздывание появления Ио и расстояние, которым оно вызвано, можно определить скорость, разделив это расстояние на время опаздывания. Из-за неточности измерений и неточного знания радиуса земной орбиты Рёмер получил скорость света, равную 215 000 км/с. Если провести расчеты с более точными данными, результат получается максимально приближенным к реальному значению скорости света — около 300 000 км/с.

Позже измерения скорости света повторили другие ученые. В 1849 году И. Физо (французский ученый) сделал расчеты, в результате которых он получил значение 313 000 км/с. В 1856 году была измерена скорость света в воде, которая оказалась в 4/3 раз меньше по сравнению со скоростью света в космосе (вакууме). Так же было установлено, что скорость света в средах всегда меньше скорости света в вакууме.

По современным данным принято считать, что скорость света равна 299 792 458 м/с с точностью ±1,2 м/с. Обозначают эту величину как c. Единица измерения в СИ — м/с.

Внимание!

При выполнении расчетных задач скорость света принято принимать за величину c = 3∙10⁸ м/с.

Элементы теории относительности и инвариантность скорости света

Определения

Теория относительности

– физическая теория, рассматривающая пространственно-временные закономерности, справедливые для любых физических процессов.

Событие — физическое явление, которое происходит в определённый момент времени в данной точке пространства.

В теории относительности часто будет использовано понятие «событие». События могут происходить в одно и тоже время. Тогда их называют одновременными. Если координаты событий совпадают, то события называют одноместными. При этом учитываем, что реальные тела имеют размеры, и события разворачиваются во времени.

Рассмотрим случай, продемонстрированный на рисунке.

В центре вагона поезда (в точке О) загорается лампочка (первое событие). Свет от лампочки достигает точки А на одном конце вагона и точки В — на противоположном (второе и третье события).

Одновременно ли достигнет свет две противолежащие точки А и В? Ведь вагон движется со скоростью в одном направлении, и одна стенка приближается к летящему свету, а другая отдаляется. Классический закон сложения скоростей не работает в описании распространения электромагнитного излучения от источника света. Чтобы ответить на эти вопросы, важно знать, меняются ли основные законы электродинамики при переходе одной инерциальной системы отсчёта к другой, или же подобно принципам относительности Галилея и законам Ньютона, они остаются неизменными.

Определения

Согласно принципу относительности Галилея законы механики одинаковы во всех инерциальных системах отсчёта. А именно, математическая форма второго и третьего законов Ньютона не меняется при переходе от одной инерциальной системы отсчёта к другой. Но в

Инерциальные системы отсчёта (ИСО) — это системы отсчёта, в которых выполняется первый закон Ньютона – закон инерции.

В соответствии с принципом относительности Галилея, если источник света находится в покоящейся ИСО

K, то скорость его распространения в равномерно удаляющейся от нее ИСО K´ будет равна:

c´=c−v

Если же она равномерно приближается, то согласно закону сложения скоростей, вытекающего из этого принципа, скорость света во второй системе будет равна:

c´=c+v

Так, если бы человек с включенным фонариком в руке побежал в сторону распространения света, то относительно Земли скорость света, излучающегося фонариком, была бы равна сумме скорости света в вакууме и скорости бега человека. Однако этот закон сложения скоростей не выполнялся на практике.

Решить сложившееся противоречие смог Альберт Энштейн — основатель теории относительности, которую также называют специальной. В основу теории легли два постулата.

Определение

Постулат – основное положение, которое не может быть логически доказано, а является результатом обобщения всех опытов. В физической теории выполняет ту же роль, что и аксиома в математике.

Постулаты теории относительности

Постулат №1

Все физические явления протекают одинаково во всех инерциальных системах отсчёта. Это значит, что во всех ИСО физические законы имеют одинаковую форму. Так, принцип относительности классической механики распространяется на все процессы в природе, в том числе и на электромагнитные явления.

Постулат №2

Скорость света в вакууме одинакова во всех инерциальных системах отсчёта. Она не зависит ни от скорости источника света, ни от скорости светового приёмника сигнала.

Скорость света занимает особое положение в этой теории, так как распространение света в вакууме является максимально возможной скоростью передачи взаимодействий в природе. В этом заключает инвариантность, или неизменность скорости света.

Казалось бы, первый и второй постулаты противоречат друг другу. Но независимость скорости света от его источника была доказано экспериментально. А.М. Бонч-Бруевич и В.А. Молчанов в 1955 году проводили опыты, измеряя скорости света от правого и левого краёв Солнца (один из которых из-за осевого вращения Солнца приближается к нам со скоростью 2,3 км/с, а другой с такой же скоростью удаляется). Учёные, проведя расчёты, пришли к выводу, что скорости распространения света с обоих концов одинаковы.

Следствия из постулатов теории относительности Эйнштейна

После выдвижения Эйнштейном специальной теории относительности (СТО) в механике образовалось два раздела: классическая механики и релятивистская. Причем классическая механика (механика Ньютона) является частным случаем более общей механики, описывающей процессы в разных инерциальных системах отсчёта.

Определения

Классическая (ньютоновсая) механика — раздел физики, рассматривающий законы механики (законы движения тел и частиц) при скоростях, значительно меньших скорости света.

Релятивистская механика — раздел физики, рассматривающий законы механики (законы движения тел и частиц) при скоростях, сравнимых со скоростью света.

Сравним основные законы классической механики с законами релятивистской механики, которые вытекают из постулатов теории относительности.

Физические идеи, понятия, законы	Классическая механика	Релятивистская механика (следствия постулатов теории относительности)
Принцип относительности	Во всех инерциальных системах отсчета механические явления протекают одинаково (при одинаковых начальных условиях).
Закон сложения скоростей	→v=→v0+→v´	→v=→v0+→v´1+v0v´c2….
Длина	Абсолютная величина: l=l0	Относительная величина: l=l0√1−v2c2..
Промежуток времени	Абсолютная величина: τ=τ0	τ=τ0√1−v2c2. …
Импульс	→p=m→v	→p=m→v√1−v2c2….
Второй закон Ньютона	→F=→p´ →F=m→a	→F=→p´ →F≠m→a
Масса	Абсолютная величина: m=m0	Относительная величина: m=m0√1−v2c2…. m0— масса покоящегося тела.
Энергия уединенного тела	E=U+mv22..	E=m0c2√1−v2c2…. При скорости тела, много меньшей скорости света: E=m0c2+m0v22.. Энергия покоящегося тела: E0=m0c2
Кинетическая энергия тела	EК=mv22..	EК=E−E0 При скорости тела, много меньшей скорости света: EК=mv22..

Пример №2. Две частицы удаляются друг от друга, имея скорость 0,6c каждая, относительно земного наблюдателя. Чему равна относительная скорость частиц?

Для решения задачи, необходимо перейти в ИСО, связанную с одной из частиц. Пусть частицы движутся вдоль одной прямой, в противоположные стороны. Используем закон сложения скоростей СТО:

v´=v0+v1+v0vc2. …

где v — скорость частицы относительно неподвижной системы отсчета. v´— ее скорость относительно подвижной системы отсчета, связанной с ней, v0 — скорость подвижной системы отсчета относительно неподвижной. c — скорость света.

Тогда:

Задание EF22682 К потолку комнаты высотой 4 м прикреплена небольшая светящаяся лампочка. На высоте 2 м от пола параллельно полу расположен непрозрачный квадрат со стороной 2 м. Лампочка и центр квадрата лежат на одной вертикали. Определите площадь тени на полу.

---

Алгоритм решения

1.Записать исходные данные.

2.Сделать рисунок.

3.Найти решение задачи в общем виде.

4.Подставить известные данные и вычислить искомую величину.

Решение

Запишем исходные данные:

• Высота комнаты: H = 4 м.

• Расстояние от пола до квадратного препятствия: h = 2 м.

• Размер стороны квадратного препятствия: a = 2 м.

Сделаем рисунок. Так как препятствие квадратное, оно располагается параллельно полу, а его центр лежит на одной вертикали с точечным источником света, можем построить рисунок, наблюдая картину с одной стороны квадратного препятствия. В этом случае OE соответствует высоте потолка, EB — расстоянию от пола до препятствия, а AC — стороне квадратного препятствия. При этом тень будет иметь форму квадрата. Поэтому для нахождения ее площади достаточно найти сторону этого квадрата — DF.

Треугольники OBC и OEF являются подобными по трем углам. Угол O у них общий. Углы B и E — прямые (так как они образованы при пересечении вертикалью двух параллельных плоскостей). А углы C и F равны как углы при параллельных прямых и секущей.

Следовательно, OB относится к OE так же, как BC относится к EF. Причем EF — половина стороны квадрата тени, поскольку треугольник DOF — равнобедренный. Это следует из того, что перпендикуляр, проведенный к основанию равнобедренного треугольника, одновременно является его биссектрисой и медианой. Следовательно, отрезок OE делит на 2 равные части DF.

Отсюда:

OBOE..=BCEF..

Умножим числитель и знаменатель дроби в правой части уравнения и получим:

OBOE..=2BC2EF..=ACDF..

Причем OB можно вычислить как разность высоты потолка и расстояния от препятствия до пола:

OB=OE−BE

Получаем:

DF=OE·ACH−h..=aHH−h..=2·44−2..=4 (м)

Это сторона квадрата тени. Чтобы найти площадь тени, нужно возвести эту величину в квадрат:

S=DF2=42=16 (м2)

Ответ: 16

pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор | оценить

Задание EF18627

В инерциальной системе отсчёта свет от неподвижного источника распространяется в вакууме со скоростью c. В этой системе отсчёта свет от неподвижного источника падает перпендикулярно на поверхность зеркала, которое приближается к источнику со скоростью υ (см. рисунок). Какова скорость отражённого света в инерциальной системе отсчёта, связанной с зеркалом?

Ответ:

---

Алгоритм решения

1. Выяснить условия, при которых распространяется свет и его отражение в данной задаче.
2. Используя теорию относительности, установить, с какой скоростью отраженный свет может распространяться в данном случае относительно зеркала.

Решение

По условию задачи свет распространяется в вакууме. В вакууме он распространяется со скоростью света c. Источником отраженного света является зеркало, двигающееся со скоростью v. Но неважно, с какой скоростью движется зеркало, так как по условию задачи мы связываем системы отсчета именно с ним. Относительно него отраженный свет будет распространяться в вакууме с максимально возможной скоростью — c.

Ответ: б

pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор | оценить

Задание EF18786

В установке искровой разряд Р создаёт одновременно вспышку света и звуковой импульс, регистрируемые датчиком Д, расположенным на расстоянии 1м от разрядника. Время распространения света от разрядника к датчику (Т) и звука (τ) измеряется атомными часами в лаборатории. Проводя эксперименты с абсолютно одинаковыми установками 1 и 2, расположенными в космическом корабле, летящем со скоростью v = c/2 относительно Земли, как показано на рисунке, и измеряя время атомными часами в корабле, космонавты обнаружили, что:

---

Алгоритм решения

1.Определить условия выполнения экспериментов 1 и 2.

2.Установить, из какой точки пространства производится наблюдение за результатами экспериментов.

3.Используя теорию относительности, установить, с какой скоростью отраженный свет может распространяться в данном случае относительно зеркала.

Решение

Эксперименты 1 и 2 выполняются в космическом корабле, который летит с половинной скоростью света относительно Земли. Причем установки расположены в пространстве космического корабля взаимно перпендикулярно. Но это неважно при измерении времени распространения света от разрядника к датчику (Т) и звука (τ), поскольку измерения производятся внутри космического корабля. Это имело бы значение, если бы за экспериментом наблюдали с Земли или другой точки космоса.

Так как все измерения производятся внутри корабля, а установки 1 и 2 абсолютно одинаковые, то время распространения света от разрядника к датчику (Т) и звука (τ) тоже будет одинаковым:

Ответ: г

pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор | оценить

Алиса Никитина | Просмотров: 2.7k

Астрономия – ответы к тесту

Вопрос 1. При удалении наблюдателя от источника света линии спектра …

• Ответ: смещаются к его красному концу

Вопрос 2. Если сидерический период Меркурия равен 88 земных суток, то нижние соединения повторяются через:

• Ответ: 116 суток

Вопрос 3. Во сколько раз звезда 3,4 звездной величины слабее, чем Сириус, имеющий видимую звездную величину – 1,6?

• Ответ: В 100 раз

Вопрос 4. Определенный промежуток времени, через который повторяются солнечные и лунные затмения, называется:

• Ответ: саросом

Вопрос 5. Телескоп необходим для того, чтобы …

• Ответ: собрать свет от небесного объекта и увеличить угол зрения, под которым виден объект

Вопрос 6. По каким орбитам обращаются планеты вокруг Солнца?

• Ответ: по эллипсам, близким к окружностям

Вопрос 7. При наблюдении прохождения Меркурия по диску Солнца определили, что его угловой радиус равен 5,5″, а горизонтальный параллакс составил 14,4″. Линейный радиус Меркурия по этим данным составил:

• Ответ: 2560 км

Вопрос 8. На какой из перечисленных планет нет смены времен года?

• Ответ: Юпитер

Вопрос 9. Самый крупный метеорит, известный на Земле, находится:

• Ответ: в пустыне Адрар (Западная Африка)

Вопрос 10. Ближайшее полное затмение Солнца, которое можно будет наблюдать в Москве, произойдет в:

• Ответ: 2126 году

Вопрос 11. Единственная малая планета, которую можно увидеть невооруженным глазом, называется:

• Ответ: Веста

Вопрос 12. Самые большие приливы возникают на:

• Ответ: Европе

Вопрос 13. Название какой звезды образовано от имени планеты?

• Ответ: α Скорпиона

Вопрос 14. К какому классу звезд относится Солнце?

• Ответ: жёлтый карлик

Вопрос 15. Какой из известных астероидов имеет самую вытянутую орбиту?

• Ответ: Икар

Вопрос 16. Как влияет уменьшение массы Солнца, в результате излучения, на расстояние планет до Светила?

• Ответ: расстояния планет от Солнца увеличиваются

Вопрос 17. Каково склонение Солнца в дни равноденствий?

• Ответ: 0°

Вопрос 18. Какое явление легло в основу первого определений скорости света?

• Ответ: затмение спутника Юпитера Ио

Вопрос 19. Географическая долгота места наблюдения равна … (сколько?), если в местный полдень путешественник отметил 14 ч 13 мин по гринвичскому времени.

• Ответ: 2 ч 13 мин з. д.

Вопрос 20. В какой конфигурации нижняя планета движется по лучу зрения с максимальной скоростью относительно Земли?

• Ответ: в восточной элонгации

Вопрос 21. Линзовидные галактики обозначаются по классификации галактик по Хабблу:

• Ответ: S0

Вопрос 22. На сколько созвездий разделено небо?

• Ответ: 88

Вопрос 23. Может ли полная Луна находиться над горизонтом больше суток?

• Ответ: да, зимой в Арктике

Вопрос 24. В Магеллановом проливе, широта −60° (ю. ш.), наблюдали светило, у которого был часовой угол t = 20h, а полярное расстояние p = 15° от южного полюса мира. Найти высоту и азимут этого светила.

• Ответ: h = 75°; A = 25° восточный

Вопрос 25. Движения каких небесных тел на звездном небе представляют спираль с переменным размером и шагом?

• Ответ: комет

Вопрос 26. Самый массивный спутник из перечисленных:

• Ответ: Ганимед

Вопрос 27. Какие наблюдаемые небесные объекты можно считать как малыми, так одновременно и большими телами?

• Ответ: кометы

Вопрос 28. Где на Земле положение небесного меридиана неопределенно?

• Ответ: на полюсе

Вопрос 29. Какие вещества преобладают в атмосферах звезд?

• Ответ: водород и гелий

Вопрос 30. Самой яркой звездой северной полусферы является:

• Ответ: Вега

Вопрос 31. Средние солнечные сутки …

• Ответ: на 3 мин 56 с короче звездных суток

Вопрос 32. Из перечисленных спутников выберите те, которые видны невооруженным глазом:

• Ответ: Луна

Вопрос 33. Ближайшая к Солнцу точка орбиты планеты называется . ..

• Ответ: перигелием

Вопрос 34. На какой единственной планете можно наблюдать и полное, и кольцеобразное затмение Солнца одним и тем же спутником?

• Ответ: на Земле

Вопрос 35. Если искусственный спутник имеет такую орбиту, что его трасса проходит только через Европу и Африку, то наклонение его орбиты составит:

• Ответ: 60°

Вопрос 36. На каких телах Солнечной системы расположены Кавказ, Аппенины, Альпы, Алтай?

• Ответ: Луна

Вопрос 37. Если звездный период обращения Юпитера вокруг Солнца составляет 12 лет, то среднее расстояние от Юпитера до Солнца составляет:

• Ответ: 5,2 а.е.

Вопрос 38. Справедливы ли законы Паскаля и Архимеда внутри космического корабля, находящегося в свободном полете?

• Ответ: закон Паскаля справедлив, а закон Архимеда не действует

Вопрос 39. Серп Луны в виде лодочки, рогами кверху, можно наблюдать:

• Ответ: в тропических странах

Вопрос 40. У какой планеты в настоящее время терминатор практически совпадает с его экватором?

• Ответ: Уран

Вопрос 41. Где на земном шаре все звезды восходят и заходят перпендикулярно линии горизонта?

• Ответ: на экваторе

Вопрос 42. Если радиолокатор зафиксировал отраженный сигнал через 0,667 с от пролетающего вблизи Земли астероида, то расстояние до него было равно:

• Ответ: 100 тыс. км

Вопрос 43. При движении планеты от афелия к перигелию ее скорость:

• Ответ: увеличивается

Вопрос 44. Разрешение школьного телескопа составляет 3,5″. Наименьшие размеры объектов, различимых с его помощью на поверхности Луны, составляют . .. (сколько?) км.

• Ответ: 6,5 км

Вопрос 45. Параллакс Веги равен 0,12″, а звездная величина — 0^m. На каком расстоянии от Солнца на прямой Солнце–Вега должен находиться наблюдатель, чтобы эти две звезды были одинаково яркими? Видимая звездная величина Солнца равна 26,8^m.

• Ответ: 1,26 пк

Вопрос 46. Определить широту шеста φ, если известно, что светило, имеющее склонение δ = +20° и прямое восхождение α = 30°, стояло в 2h звездного времени на высоте h = 50°.

• Ответ: 60° с.ш.

Вопрос 47. Кто открыл законы движения планет вокруг Солнца?

• Ответ: Кеплер

Вопрос 48. Полная Луна поднимается выше всего над горизонтом:

• Ответ: зимой

Вопрос 49. Определите период обращения Луны вокруг Земли относительно звезд, если период изменения ее фаз составляет 29,5 суток.

• Ответ: 27,3 суток

Вопрос 50. Самой яркой на небе планетой является:

• Ответ: Венера

Вопрос 51. Какой спутник притягивается Солнцем сильнее, чем своей планетой?

• Ответ: Луна

Вопрос 52. Какая планета вращается быстрее всех других планет?

• Ответ: Юпитер

Вопрос 53. Космическими лучами называют:

• Ответ: 90% протонов, 7% α-частиц, 1% электронов и более 1 процента — ядра тяжелых элементов

Вопрос 54. Если расстояние от Земли до Луны в перигее составляет 363 тыс. км, то горизонтальный параллакс Луны составит:

• Ответ: 1°

Вопрос 55. Все планеты-гиганты характеризуются …

• Ответ: быстрым вращением

Вопрос 56. Космонавт с высоты 400 км может охватить взглядом … (%) земной поверхности?

• Ответ: 3

Вопрос 57. Астрономия – наука, изучающая …

• Ответ: движение, природу, происхождение и развитие небесных тел и их систем

Вопрос 58. Нижний предел высот искусственных спутников Земли составляет:

• Ответ: 200 км

Вопрос 59. Центр масс системы Земля – Луна находится на расстоянии … от центра Земли.

• Ответ: 4670 км

Вопрос 60. В каком месте Земли любой круг склонений может совпасть с горизонтом?

• Ответ: на экваторе

Вопрос 61. Самая высокая точка небесной сферы называется …

• Ответ: зенит

Вопрос 62. Самыми старыми образованиями в Галактике являются:

• Ответ: шаровые звездные скопления

Вопрос 63. В месте, широта которого +35° (с. ш.), наблюдалось светило, у которого часовой угол α = 30°, а склонение было δ = +40°; найти высоту h.

• Ответ: 60°

Вопрос 64. Во сколько раз наибольшая элонгация Меркурия меньше наибольшей элонгации Венеры?

• Ответ: 0,6

Вопрос 65. Космическое тело, упавшее на поверхность Земли, называется:

• Ответ: метеорит

Вопрос 66. Определите перигелийное расстояние астероида Икар, если большая полуось его орбиты равна 160 млн. км., а эксцентриситет составляет 0,83.

• Ответ: 27 млн. км.

Вопрос 67. Полные солнечные затмения в данной точке земной поверхности видны не чаще одного раза в …

• Ответ: 200–300 лет

Вопрос 68. У какого спутника есть атмосфера?

• Ответ: Тритон

Вопрос 69. Синхронные спутники — это спутники, у которых…

• Ответ: период обращения кратный периоду вращения Земли

Вопрос 70. Когда звезда светит за счет энергии гравитационного сжатия, то она:

• Ответ: находится на стадии протозвезды

Вопрос 71. Угол между плоскостями больших кругов, один из которых проходит через полюсы мира и данное светило, а другой – через полюсы мира и точку весеннего равноденствия, называется …

• Ответ: прямым восхождением

Вопрос 72. В месте, широта которого равна +20° (с. ш.), у светила наблюдался часовой угол α = 310°, а склонение δ = −5°. Найти азимут светила.

• Ответ: 75° восточный

Вопрос 73. Солнечный ветер имеет скорость на расстоянии Земли, равную:

• Ответ: 400 км/с

Вопрос 74. На каких широтах суточная параллель звезды совпадает с ее альмукантаратом?

• Ответ: На широтах φ = −90°, φ = +90°

Вопрос 75. При пересечении линии перемены даты с запада на восток …

• Ответ: календарное число уменьшается на единицу

Вопрос 76. Кто и когда открыл мир галактик?

• Ответ: Э. Хаббл

Вопрос 77. Какое самое древнее космическое тело попадало в руки человека?

• Ответ: образец лунной породы

Вопрос 78. По каким орбитам преимущественно движутся метеорные тела?

• Ответ: эллиптическим

Вопрос 79. Какой слой Солнца является основным источником видимого излучения?

• Ответ: Фотосфера

Вопрос 80. Линия пересечения плоскости небесного горизонта и меридиана называется …

• Ответ: полуденная линия

Вопрос 81. В месте, широта которого равна −45° (ю. ш.), наблюдалась звезда на высоте 45° и в азимуте 100° восточном. Найти часовой угол.

• Ответ: 320°

Вопрос 82. Если сравнивать системы Сатурн – Титан с системой Земля – Луна, то масса Сатурна (в массах Земли) составит: (Табличные данные: Титан отстоит от Сатурна на расстоянии 1220 тыс. км. и обращается с периодом 16 суток, Луна отстоит от Земли на расстоянии 384 тыс. км., а обращается вокруг Земли с периодом 27,3 суток. )

• Ответ: 93,4

Вопрос 83. Если в галактике обнаружена новая звезда с видимой звездной величиной равной +17^m и с абсолютной звездной величиной −7^m, то расстояние до нее составит:

• Ответ: 6,3×10⁵ Па

Вопрос 84. Синодический период Марса равен … земного года.

• Ответ: 2,136 года

Вопрос 85. Пояс астероидов находится между орбитами:

• Ответ: Марса и Юпитера

Вопрос 86. Нижние соединения Венеры повторяются через 584 суток. Период вращения Венеры относительно Солнца составляет:

• Ответ: 225 суток

Вопрос 87. Перемещение по меридиану Земли на одну морскую милю (1852 м.) в точности соответствует изменению географической широты на 1′. Исходя из этого, диаметр Земли равен:

• Ответ: 6367 км

Вопрос 88. Галактика удаляется от нас со скоростью 6000 км/с. Если она имеет видимый угловой размер 2′, то ее линейные размеры составляют:

• Ответ: 47 кпк

Вопрос 89. Солнечных и лунных затмений в году может быть не больше:

• Ответ: 7

Вопрос 90. Ядра звезд можно наблюдать у:

• Ответ: белых карликов

Вопрос 91. Третья планета от Солнца – это:

• Ответ: Земля

Вопрос 92. Путешественники заметили, что по местному времени затмение Луны состоялось в 5 ч 15 мин, тогда как по астрономическому календарю оно должно было состояться в 3 ч 51 мин по гринвичскому времени. Какова долгота их места нахождения?

• Ответ: 1 ч 21 мин в. д.

Вопрос 93. Какой спутник постоянно обращен к своей планете одной и той же стороной?

• Ответ: Деймос
• Ответ: Луна

Вопрос 94. На какой планете Солнце может остановиться на небе и даже некоторое время двигаться в обратном направлении?

• Ответ: Меркурий

Вопрос 95. Полная Луна дольше всего находится над горизонтом в северном полушарии Земли … (когда?):

• Ответ: 22 декабря

Вопрос 96. С увеличением количества пятен на Солнце блеск звезды:

• Ответ: практически не изменяется

Вопрос 97. Какие важные круги небесной сферы не имеют соответствующих кругов на земном шаре?

• Ответ: Эклиптика

Вопрос 98. Если бы на Солнце исчезла сила газового давления, то оно сжалось бы в точку через:

• Ответ: 40 минут

Вопрос 99. Вокруг Земли (принимаем за шар радиусом 6370 км.) движется искусственный спутник. Наивысшая точка его орбиты составляет 5 тыс. км. над Землей. Если низшая точка спутника находится на расстоянии 300 км от Земли, то период его обращения равен:

• Ответ: 2,37 ч.

Вопрос 100. Возраст Солнца составляет (примерно):

• Ответ: 5 млрд. лет

Вопрос 101. Крупнейшие горы в Солнечной системе находятся на:

• Ответ: Марсе

Вопрос 102. Земля бывает ближе всего к Солнцу:

• Ответ: 1 – 5 января

Вопрос 103. Из каких наблюдений можно установить, что орбита Земли не является окружностью?

• Ответ: из измерений в течение года угловых размеров Солнца

Вопрос 104. Кругосветные путешествия являются доказательством … Земли.

• Ответ: замкнутости

Вопрос 105. Параллакс Альтаира 0,20. Чему равно расстояние до этой звезды в световых годах?

• Ответ: 16,8 световых лет

Вопрос 106. Пятна на Солнце темные потому, что …

• Ответ: температура пятен примерно на 1500 K ниже температуры фотосферы

Вопрос 107. Если А.С. Пушкин родился в Москве 26 мая 1799 года по старому стилю, то по новому стилю его день рождения следует отмечать …

• Ответ: 6 июня

Вопрос 108. В 1922 году все небо было разделено на 88 созвездий, из них … (число) находится в северной полусфере, (…) в южной, а остальные (…) расположены по обе стороны небесного экватора.

• Ответ: 31, 48, 9

Вопрос 109. Спутник, движущийся по круговой орбите у поверхности планеты со скоростью 8 км/с, сделает полный оборот вокруг планеты массой 10²⁵ кг за:

• Ответ: 2,3 ч.

Вопрос 110. Как называется самая старая периодическая комета, которая наблюдалась более 30 раз, причем первый раз в 446 году до н.э.?

• Ответ: Комета Галлея

Вопрос 111. Как с греческого переводится слово “комета”?

• Ответ: хвостатая

Вопрос 112. Астероиды — это:

• Ответ: достаточно крупные тела неправильной формы, обращающиеся вокруг Солнца, в основном между орбитами Марса и Юпитера

Вопрос 113. На какую комету впервые была совершена посадка спускаемого модуля космического аппарата в 2014 году?

• Ответ: Чурюмова-Герасименко

Вопрос 114. Считается, что диаметр большинства ядер комет составляет:

• Ответ: от 10 до 20 км

Вопрос 115. Хвост кометы …

• Ответ: обычно направлен в сторону от Солнца

Вопрос 116. Какую форму имеют орбиты вращения большинства комет не покидающих Солнечной системы?

• Ответ: Эллипс

Вопрос 117. Земля бывает ближе всего к Солнцу:

• Ответ: 1–5 января

Вопрос 118. Из чего состоит хвост кометы?

• Ответ: Из газа и пыли

Вопрос 119. Звездоподобными называют:

• Ответ: астероиды

Вопрос 120. К какому семейству относится большинство короткопериодических комет?

• Ответ: Юпитера

Вопрос 121. Хвост кометы по размерам …

• Ответ: во много раз больше ядра

Вопрос 122. Как называется окружающая центр кометы светлая туманная оболочка чашеобразной формы, состоящая из газов и пыли?

• Ответ: Кома

Вопрос 123. Русский астроном, построивший полную теорию природы комет?

• Ответ: Фёдор Бредихин

Вопрос 124. Какой астроном определил кометы как внеземные (не атмосферные) объекты?

• Ответ: Тихо Браге

Скорость света | Определение, уравнение, константа и факты

• Развлечения и поп-культура
• География и путешествия
• Здоровье и медицина
• Образ жизни и социальные вопросы
• Литература
• Философия и религия
• Политика, право и правительство
• Наука
• Спорт и отдых
• Технология
• Изобразительное искусство
• Всемирная история

• Этот день в истории
• Викторины
• Подкасты
• Словарь
• Биографии
• Резюме
• Популярные вопросы
• Обзор недели
• Инфографика
• Демистификация
• Списки
• #WTFact
• Товарищи
• Галереи изображений
• Прожектор
• Форум
• Один хороший факт

• Развлечения и поп-культура
• География и путешествия
• Здоровье и медицина
• Образ жизни и социальные вопросы
• Литература
• Философия и религия
• Политика, право и правительство
• Наука
• Спорт и отдых
• Технология
• Изобразительное искусство
• Всемирная история

• Britannica объясняет
  В этих видеороликах Britannica объясняет различные темы и отвечает на часто задаваемые вопросы.
• Britannica Classics
  Посмотрите эти ретро-видео из архивов Encyclopedia Britannica.
• #WTFact Видео
  В #WTFact Britannica делится некоторыми из самых странных фактов, которые мы можем найти.
• На этот раз в истории
  В этих видеороликах узнайте, что произошло в этом месяце (или любом другом месяце!) в истории.
• Demystified Videos
  В Demystified у Britannica есть все ответы на ваши животрепещущие вопросы.

• Студенческий портал
  Britannica — это главный ресурс для учащихся по ключевым школьным предметам, таким как история, государственное управление, литература и т. д.
• Портал COVID-19
  Хотя этот глобальный кризис в области здравоохранения продолжает развиваться, может быть полезно обратиться к прошлым пандемиям, чтобы лучше понять, как реагировать сегодня.
• 100 женщин
  Britannica празднует столетие Девятнадцатой поправки, выделяя суфражисток и политиков, творящих историю.
• Britannica Beyond
  Мы создали новое место, где вопросы находятся в центре обучения. Вперед, продолжать. Просить. Мы не будем возражать.
• Спасение Земли
  Британника представляет список дел Земли на 21 век. Узнайте об основных экологических проблемах, стоящих перед нашей планетой, и о том, что с ними можно сделать!
• SpaceNext50
  Britannica представляет SpaceNext50. От полёта на Луну до управления космосом — мы исследуем широкий спектр тем, которые подпитывают наше любопытство к космосу!

Содержание

• Введение

Краткие факты

• Факты и сопутствующий контент

Читать Далее

• Будут ли когда-нибудь космические путешествия со скоростью света?
• В чем разница между скоростью и скоростью?

Викторины

• Викторина “Все о физике”

Какова скорость света?

С древних времен философы и ученые стремились понять свет. В дополнение к попыткам определить его основные свойства (т. е. из чего он состоит — частица или волна и т. д.) они также стремились провести конечные измерения того, как быстро он движется. С конца XVII века ученые занимались именно этим, причем с возрастающей точностью.

При этом они лучше поняли механику света и его важную роль в физике, астрономии и космологии. Проще говоря, свет движется с невероятной скоростью и является самой быстродвижущейся вещью во Вселенной. Его скорость считается постоянной и непреодолимой преградой и используется как средство измерения расстояния. Но как быстро он движется?

Скорость света (

c ):

Свет движется с постоянной скоростью 1 079 252 848,8 (1,07 миллиарда) км в час. Получается 29 9 792 458 м / с, или около 670 616 629 миль в час (миль в час). Для сравнения, если бы вы могли путешествовать со скоростью света, вы могли бы обогнуть земной шар примерно семь с половиной раз за одну секунду. Между тем, человеку, летящему со средней скоростью около 800 км/ч (500 миль в час), потребуется более 50 часов, чтобы облететь планету только один раз.

Иллюстрация, показывающая расстояние, которое свет проходит между Землей и Солнцем. Предоставлено: LucasVB/Public Domain

. Чтобы представить это в астрономической перспективе, среднее расстояние от Земли до Луны составляет 384,39.8,25 км (238 854 мили). Свет проходит это расстояние примерно за секунду. Между тем, среднее расстояние от Солнца до Земли составляет ~ 149 597 886 км (92 955 817 миль), что означает, что свету требуется всего около 8 минут, чтобы совершить это путешествие.

Тогда неудивительно, почему скорость света является метрикой, используемой для определения астрономических расстояний. Когда мы говорим, что звезда, подобная Проксиме Центавра, находится на расстоянии 4,25 световых года, мы имеем в виду, что для этого потребуется двигаться с постоянной скоростью 1,07 миллиарда километров в час (670 616 629миль в час) – около 4 лет и 3 месяцев, чтобы добраться туда. Но как же мы пришли к этому весьма специфичному измерению «скорости света»?

История изучения:

До 17 века ученые не знали, распространяется ли свет с конечной скоростью или мгновенно. Со времен древних греков до средневековых исламских ученых и ученых раннего Нового времени споры шли взад и вперед. Первые количественные измерения были сделаны датским астрономом Оле Рёмером (1644–1710).

В 1676 году Рёмер заметил, что периоды самой внутренней луны Юпитера Ио кажутся короче, когда Земля приближается к Юпитеру, чем когда она удаляется от него. Из этого он сделал вывод, что свет движется с конечной скоростью, и подсчитал, что для пересечения диаметра земной орбиты требуется около 22 минут.

Профессор Альберт Эйнштейн читает 11-ю лекцию Джозайи Уилларда Гиббса в Технологическом институте Карнеги 28 декабря 1934 года, где он излагает свою теорию о том, что материя и энергия представляют собой одно и то же в разных формах. Кредит: AP Фото

Христиан Гюйгенс использовал эту оценку и объединил ее с оценкой диаметра орбиты Земли, чтобы получить оценку 220 000 км/с. Исаак Ньютон также рассказал о расчетах Рёмера в своей основополагающей работе Opticks (1706). С поправкой на расстояние между Землей и Солнцем он подсчитал, что свету потребуется семь или восемь минут, чтобы добраться от одного до другого. В обоих случаях они были отклонены с относительно небольшим отрывом.

Более поздние измерения, сделанные французскими физиками Ипполитом Физо (1819 г.– 1896 г.) и Леон Фуко (1819–1868 гг.) дополнительно уточнили эти измерения, в результате чего было получено значение 315 000 км/с (192 625 миль/с). А ко второй половине 19 века ученые осознали связь между светом и электромагнетизмом.

Это было достигнуто физиками, измерившими электромагнитные и электростатические заряды, которые затем обнаружили, что численное значение было очень близко к скорости света (измеренной Физо). Основываясь на собственной работе, показавшей, что электромагнитные волны распространяются в пустом пространстве, немецкий физик Вильгельм Эдуард Вебер предположил, что свет представляет собой электромагнитную волну.

Следующий великий прорыв произошел в начале 20-го века. В своей статье 1905 года под названием « Об электродинамике движущихся тел» Альберт Эйнштейн утверждал, что скорость света в вакууме, измеренная наблюдателем, не движущимся с ускорением, одинакова во всех инерциальных системах отсчета и не зависит от движения источника или наблюдателя.

Лазер, светящий сквозь стакан с водой, показывает, сколько изменений скорости (в милях в час) он претерпевает при переходе из воздуха в стекло, в воду и обратно. Кредит: Боб Кинг

Используя это и принцип относительности Галилея в качестве основы, Эйнштейн вывел специальную теорию относительности, в которой скорость света в вакууме ( c ) была фундаментальной константой. До этого ученые сходились во мнении, что пространство заполнено «светоносным эфиром», который отвечает за его распространение, т. е. что свет, проходящий через движущуюся среду, будет увлекаться этой средой.

Это, в свою очередь, означало, что измеренная скорость света будет простой суммой его скорости 9от 0188 до среды плюс скорость из этой среды. Однако теория Эйнштейна фактически сделала концепцию стационарного эфира бесполезной и произвела революцию в представлениях о пространстве и времени.

Он не только выдвинул идею о том, что скорость света одинакова во всех инерциальных системах отсчета, но и ввел идею о том, что основные изменения происходят, когда объекты движутся со скоростью, близкой к скорости света. К ним относятся пространственно-временная система движущегося тела, которая кажется замедляющейся и сжимающейся в направлении движения при измерении в системе отсчета наблюдателя (т.е. замедление времени, когда время замедляется по мере приближения скорости света).

Его наблюдения также привели уравнения Максвелла для электричества и магнетизма в соответствие с законами механики, упростили математические расчеты, избавившись от посторонних объяснений, используемых другими учеными, и согласовывали с непосредственно наблюдаемой скоростью света.

Во второй половине 20-го века все более точные измерения с использованием лазерных инферометров и методов резонаторного резонанса будут способствовать дальнейшему уточнению оценок скорости света. К 1972 группа из Национального бюро стандартов США в Боулдере, штат Колорадо, использовала метод лазерного инферометра, чтобы получить признанное в настоящее время значение 299 792 458 м/с.

Роль в современной астрофизике:

Теория Эйнштейна о том, что скорость света в вакууме не зависит от движения источника и инерциальной системы отсчета наблюдателя, с тех пор последовательно подтверждалась многими экспериментами. Он также устанавливает верхний предел скорости, с которой все безмассовые частицы и волны (включая свет) могут двигаться в вакууме.

Одним из результатов этого является то, что космологи теперь рассматривают пространство и время как единую, унифицированную структуру, известную как пространство-время, в которой скорость света может использоваться для определения значений обоих (т. е. «световых лет», «световых минут» и «световые секунды»). Измерение скорости света также стало важным фактором при определении скорости космического расширения.

Начиная с 1920-х годов, с наблюдений Леметра и Хаббла, ученые и астрономы осознали, что Вселенная расширяется из исходной точки. Хаббл также заметил, что чем дальше галактика, тем быстрее она движется. В том, что сейчас называется параметром Хаббла, скорость, с которой Вселенная расширяется, составляет 68 км/с на мегапарсек.

Это явление, которое теоретически означает, что некоторые галактики могут на самом деле двигаться быстрее скорости света, может наложить ограничение на то, что можно наблюдать в нашей Вселенной. По сути, галактики, движущиеся быстрее скорости света, пересекают «космологический горизонт событий», где они больше не видны нам.

Кроме того, к 1990-м годам измерения красного смещения далеких галактик показали, что расширение Вселенной ускоряется в течение последних нескольких миллиардов лет. Это привело к появлению таких теорий, как «Темная энергия», согласно которой невидимая сила управляет расширением самого пространства, а не объектов, движущихся через него (таким образом, не накладывая ограничений на скорость света и не нарушая теорию относительности).

Наряду со специальной и общей теорией относительности современное значение скорости света в вакууме стало основой для космологии, квантовой физики и Стандартной модели физики элементарных частиц. Он остается постоянным, когда речь идет о верхнем пределе, на котором могут двигаться безмассовые частицы, и остается недостижимым барьером для частиц, имеющих массу.

Возможно, когда-нибудь мы найдем способ превысить скорость света. Хотя у нас нет практических идей о том, как это могло бы произойти, кажется, что умные деньги вложены в технологии, которые позволят нам обойти законы пространства-времени, либо создав варп-пузыри (также известные как варп-двигатель Алькубьерре), либо проложив сквозь него туннели ( ака червоточины).

До этого времени нам нужно будет довольствоваться Вселенной, которую мы видим, и продолжать исследовать ту ее часть, которая достижима обычными методами.

Мы написали много статей о скорости света для Universe Today. Вот насколько высока скорость света?, Как галактики удаляются быстрее, чем скорость света?, Как космическое пространство может путешествовать быстрее, чем скорость света? и Преодолеть скорость света.