Natura i źródła światla

59
Projekt „ROZWÓJ PRZEZ KOMPETENCJE” jest współfinansowany przez Unię Europejską w ramach środków Europejskiego Funduszu Społecznego Program Operacyjny Kapitał Ludzki 2007-2013 CZŁOWIEK – NAJLEPSZA INWESTYCJA Publikacja jest współfinansowana przez Unię Europejską w ramach środków Europejskiego Funduszu Społecznego Prezentacja jest dystrybuowana bezpłatnie

Transcript of Natura i źródła światla

Page 1: Natura i źródła światla

Projekt „ROZWÓJ PRZEZ KOMPETENCJE” jest współfinansowany przez Unię Europejską w ramach środków

Europejskiego Funduszu Społecznego

Program Operacyjny Kapitał Ludzki 2007-2013

CZŁOWIEK – NAJLEPSZA INWESTYCJA

Publikacja jest współfinansowana przez Unię Europejską w ramach środków Europejskiego Funduszu SpołecznegoPrezentacja jest dystrybuowana bezpłatnie

Page 2: Natura i źródła światla

DANE INFORMACYJNE (DO UZUPEŁNIENIA)

• Nazwa szkoły:

Zespół Szkół Samorządowych w Sycewicach

• ID grupy:

96_5_mp_G2

• Kompetencja:

matematyczno-przyrodnicza

• Temat projektowy:

Czy wierzyć własnym oczom?

• Semestr/rok szkolny:

Semestr IV/rok 2010/2011

Page 3: Natura i źródła światla

NATURA I ŹRÓDŁA ŚWIATŁA

Page 4: Natura i źródła światla

O CZYM W PREZENTACJI?

1. Światło dawniej i dziś

2. Współczesne oświetlenie domów

3. Naturalne i sztuczne źródła światła

4. Podwójna natura światła

5. Prędkość światła

6. Metody pomiaru prędkości światła

Page 5: Natura i źródła światla

ŚWIATŁO DAWNIEJ I DZIŚ

Page 6: Natura i źródła światla

ŚWIATŁO - POJĘCIE TO MA INNE ZNACZENIE POTOCZNE I W NAUCE.

•Potocznie nazywa się tak widzialną część promieniowania elektromagnetycznego, czyli promieniowanie widzialne odbierane przez siatkówkę oka ludzkiego np. w określeniu światłocień. Precyzyjne ustalenie zakresu długości fal elektromagnetycznych nie jest tutaj możliwe, gdyż wzrok każdego człowieka charakteryzuje się nieco inną wrażliwością, stąd za wartości graniczne przyjmuje się maksymalnie 380-780 nm, choć często podaje się mniejsze zakresy (szczególnie od strony fal najdłuższych) aż do zakresu 400-700 nm.

•W nauce pojęcie światła jest jednak szersze (używa się pojęcia promieniowanie optyczne), gdyż nie tylko światło widzialne, ale i sąsiednie zakresy, czyli ultrafiolet i podczerwień można obserwować i mierzyć korzystając z podobnego zestawu przyrządów, a wyniki tych badań można opracowywać korzystając z tych samych praw fizyki.

Page 7: Natura i źródła światla

PROMIENIOWANIE ELEKTROMAGNETYCZNE (FALA ELEKTROMAGNETYCZNA)

Właściwości fal elektromagnetycznych mocno zależą od długości fali. Promieniowaniem elektromagnetycznym o różnej długości fali, są fale radiowe, mikrofale, podczerwień, światło, ultrafiolet, promieniowanie rentgenowskie i promieniowanie gamma.W opisie kwantowym promieniowanie elektromagnetyczne jest traktowane jako strumień nie posiadających masy cząstek elementarnych zwanych fotonami, których energia zależy od długości fali.

Page 8: Natura i źródła światla

WIDMO FAL ELEKTROMAGNETYCZNYCH

Page 9: Natura i źródła światla

KALENDARIUM ŚWIATŁA

Page 10: Natura i źródła światla

WSPÓŁCZESNE OŚWIETLENIE DOMÓW

Page 11: Natura i źródła światla

Oświetlenie XXI wieku - LED

Lampa LED − źródło światła oparte o diody elektroluminescencyjne, umieszczone w obudowie

pozwalającej zastosować je w oprawie oświetleniowej przeznaczonej dla żarówek.

Page 12: Natura i źródła światla

Geneza i ewolucja LED-ów•Geneza powstania diod półprzewodnikowych sięga lat pięćdziesiątych XX wieku kiedy to w USA skonstruowano diodę emitującą czerwone światło.•Współczesne LED-y przeszły głęboką ewolucję w porównaniu do pierwowzoru, a dynamiczny rozwój tej technologii w ostatniej dekadzie zapewnił ekspansję LED-ów w zastosowaniach oświetleniowych. •Diody są ciekawą alternatywą w technice oświetleniowej. Wytyczają nowy kierunek w energooszczędnych rozwiązaniach, umożliwiają redukcję zużycia energii elektrycznej, gwarantują trwałość i niezawodność oświetlenia.

Page 13: Natura i źródła światla

Najważniejsze atuty LED-ów LED-y mogą emitować żądaną barwę światłą bez konieczności stosowania

dodatkowych filtrów, np. światło białe: ciepłe lub chłodne; światło kolorowe: czerwone, żółte, zielone, niebieskie. Ważną cechą kolorowych LED są nasycone, intensywne barwy;

LED-owe źródła światła mogę być skonstruowane w taki sposób by dawać skupioną wiązkę światła, np. o kątach rozsyłu światła 15°, 30° czy 60°;

LED-y bardzo dobrze sprawdzają się w zastosowaniach wymagających częstego włączania i wyłączania, cechują się niską inercją. Częste włączanie i wyłączanie nie powoduje zwiększenia poboru energii;

LED-y w bardzo krótkim czasie osiągają pełną efektywność. Większość LED-ów potrzebuje zaledwie mikrosekund aby świecić z pełną efektywnością;

LED-owe źródła światła, w przeciwieństwie do żarówek czy świetlówek, pod koniec okresu żywotności powoli tracą swoją jasność. Nie gasną nagle, w ciągu ułamka sekundy;

LED-y cechują się bardzo wysoką żywotnością, sięgającą średnio 50 000 – 100 000 godzin. Tradycyjne żarówki mają trwałość zaledwie 1000-2000 h;

LED-owe źródła światła są bardzo odporne na wstrząsy i uderzenia. Dużo trudniej niż żarówki czy świetlówki jest je uszkodzić mechanicznie;

LED-y nie zawierają rtęci; LED-owe źródła światła nie emitują światła ultrafioletowego i podczerwieni.

Page 14: Natura i źródła światla

Pierwszy dom w Polsce oświetlony LEDami

W Polsce powstał pierwszy dom BEZ ŻARÓWKI, jeden z pierwszych takich projektów na świecie. Jest on całkowicie oświetlony za pomocą światła emitowanego przez LED.

Page 15: Natura i źródła światla

Nowe źródło światła XXI wieku - LUMINOFORY

LUMINOFOR – związek chemiczny wykazujący luminescencję.W zależności od rodzaju aktywatora, dodawanego w niewielkiej ilości (nawet rzędu 0,0001%), można otrzymać luminofory o różnych barwach i czasach poświaty. Niektóre luminofory są bardzo wrażliwe na obecność zanieczyszczeń; nawet zbyt duży dodatek aktywatora może spowodować zanik świecenia luminoforu.

Page 16: Natura i źródła światla

Lampa fluorescencyjna - odmiana lampy wyładowczej, w której światło emitowane jest przez luminofor wzbudzony przez promieniowanie UV, powstałe wskutek wyładowania jarzeniowego w rurze wypełnionej gazem.

Zalety świetlówki w porównaniu z żarówką : wytwarza znacznie mniej ciepła wyższa skuteczność świetlna (do 105 lm/W) dłuższy czas pracy (od ok. 8000 h do nawet 20000

h przy użyciu stateczników elektronicznych i świetlówek najnowszej generacji)

mniejsza zależność strumienia świetlnego od napięcia zasilającego

można wytwarzać świetlówki o różnych temperaturach barwowych

mniejsza luminacja przy użyciu świetlówek liniowych łatwiej jest

uzyskać oświetlenie bezcieniowe, niż za pomocą żarówek

Page 17: Natura i źródła światla

Jak powstaje światło w lampie fluorescencyjnej?

Światło w lampie fluorescencyjnej powstaje wskutek wyładowań, które zachodzą pomiędzy elektrodami w parach rtęci. Wówczas powstaje promieniowanie ultrafioletowe, które pobudzając luminofor przekształcane jest w widzialne promieniowanie.

Page 18: Natura i źródła światla

NATURALNE I SZTUCZNE ŹRÓDŁA ŚWIATŁA

Page 19: Natura i źródła światla

NATURALNE ŹRÓDŁA ŚWIATŁA

Naturalne źródła światła są to przedmioty stworzone przez naturę emitujące światło.

•Najważniejszym dla nas jest Słońce, a także inne gwiazdy i ciała niebieskie.

•Również czynne wulkany i ogień , ogniska - zaliczamy do naturalnych źródeł światła.

•Pioruny, błyskawice oraz zorza polarna.

•Również zwierzęta mogą emitować światło - takie wyjątkowe zdolności posiadają świetliki oraz ryby głębinowe.

Page 20: Natura i źródła światla

SŁOŃCE

• Wśród naturalnych źródeł światła bez wątpienia za najważniejsze należy uznać Słońce.

• Dopóki roztacza swój blask nie musimy posiłkować się dodatkowymi, sztucznymi źródłami światła.

Page 21: Natura i źródła światla

WULKANY

• Wulkany od zawsze stanowiły obiekt zainteresowania ludzi. Zwłaszcza podczas wybuchów budziły gorące emocje, co na przestrzeni wieków nie uległo zmianie. To, że wiemy o nich więcej niż setki czy tysiące lat temu nie umniejsza ich wielkości i potęgi. Każdy, kto widział dymiący krater wypełniony rozżarzoną magmą wie, o czym

mowa.

Page 22: Natura i źródła światla

PIORUNY I BŁYSKAWICE

• Nieco bardziej zwyczajne - przynajmniej w naszych szerokościach geograficznych - są pioruny oraz błyskawice. Trzeba jednak przyznać, że niekiedy efekty świetlne obserwowane podczas burz zapierają dech w piersiach. Błyskawice przecinające niebo, którym towarzyszą efekty dźwiękowe, potrafią robić niesamowite wrażenie.

Page 23: Natura i źródła światla

• Zjawisko bioluminescencji

(wytwarzania światła przez

organizmy żywe)• jest zjawiskiem

fascynującym.

• Niektóre bakterie świecące żyją w symbiozie z pewnymi organizmami morskimi zasiedlając narządy świetlne tych zwierząt.

• Taką "zapożyczoną" zdolnością świecenia charakteryzuje się wiele gatunków ryb głębinowych i mątw.

BIOLUMINESCENCJA, BAKTERIE ŚWIECĄCE

Page 24: Natura i źródła światla

W CIEMMNYCH GŁĘBINACH OCEANU…

•W ciemnych głębinach oceanu światło wytwarzane przez niektóre ryby może być widziane nawet na odległość 30 m - jest to najjaśniejsze światło ze wszystkich wytwarzanych przez jakąkolwiek żywą istotę.

•Mimo że trudno wyobrazić sobie powstanie światła bez jednoczesnego produkowania ciepła, to jednak istnieją organizmy potrafiące to czynić.

•Takie zimne jarzenie wytwarzają pewne gatunki ryb, krewetek, kałamarnic, wijów, chrząszczy, grzybów i bakterii. Światło to może być emitowane w postaci ciągłego jarzenia lub składać się z serii błysków.

Page 25: Natura i źródła światla

KTO UMIE WYTWORZYĆ ŚWIATŁO?

Jak się wydaje, zwierzęta wytwarzające światło nie stanowią jednej linii ewolucyjnej, gdyż zdolność tę

wykazują bardzo różne organizmy - zarówno roślinne, np. glony, jak i wiele gatunków zwierząt bezkręgowych

i kręgowych, a nawet bakterie i grzyby.

Zdolność wytwarzania światła wykształciły zarówno pierwotniaki, gąbki, jamochłony, pierścienice, skorupiaki,

pareczniki, chrząszcze, szkarłupnie, mięczaki, jak i osłonice oraz ryby.

Page 26: Natura i źródła światla

JAK WYTWARZANE JEST ŚWIATŁO W ŻYWYCH ORGANIZMACH?

Zimne światło świecących organizmów wytwarzane jest w sposób chemiczny. Reakcje chemiczne są najczęściej

związane z rozkładem substancji organicznej zwanej lwyferyną w obecności enzymu zwanego lucyferazą. U większości gatunków reakcja przebiega przy udziale

tlenu jako akceptora elektronów. Podczas utlenienia tej substancji energia uwalniana jest w postaci światła. U pewnych gatunków meduz, krewetek i pierścienic

morskich ma miejsce inna reakcja, wymagająca udziału innej substancji luminescencyjnej, która w obecności jonów

wapnia, żelaza lub tlenu emituje światło.

Page 27: Natura i źródła światla

MECHANIZM POWSTAWANIA ŚWIATŁA U ŚWIETLIKÓW

• Świetliki wytwarzają światło w reakcji chemicznej, w której utleniany jest związek chemiczny lucyferyna znajdujący się w odwłoku owadów. Związek utleniany jest przy pomocy enzymu - lucyferazy.

• Narządy świetlne umieszczone są w końcówce odwłoka po wewnętrznej stronie ciała.

Page 28: Natura i źródła światla

Sztuczne źródła światła są to przedmioty stworzone

przez człowieka,

które emitują światło.

• ognisko• kaganki• pochodnie• lampa• lampy naftowe• lampy elektryczne• żarówki m.in. w

latarce• latarnia• świetlówki

• lasery• diody świecące• płomień zapalonej

świecy, zapałki• plazma• łuk elektryczny /

iskra elektryczna• wyładowanie

elektryczne• wybuch lub

eksplozja

SZTUCZNE ŹRÓDŁA ŚWIATŁA

Page 29: Natura i źródła światla

SZTUCZNE ŹRÓDŁA ŚWIATŁA

Łuk elektrycznyWyładowanie plazmowe

świeca

żarówka

Page 30: Natura i źródła światla

PODWÓJNA NATURA ŚWIATŁA

Page 31: Natura i źródła światla

NEWTON O ŚWIETLE

• Krytycy Newtona zarzucali mu często, iż objaśnia zbyt mało: bada prawidłowości matematyczne, a nie sięga istoty rzeczy, nie uczy, jaka jest natura światła.

• Teorie i eksperymenty Newtona dostarczały precyzyjnego opisu zjawisk, ale nie wyjaśniały, dlaczego zjawiska zachodzą w taki właśnie sposób.

• Newton był zdaniem wielu swoich współczesnych raczej matematykiem niż filozofem.

Page 32: Natura i źródła światla

CZYM JEST ŚWIATŁO?

Filozofowie przyrody wciąż spodziewali się sięgnąć do istoty rzeczy, przeprowadzić to, co nie udało się Arystotelesowi, korzystając tym razem z pewnych rozumowań popartych

eksperymentem.

Najważniejszym – jak się wydawało – pytaniem optyki było: Czym jest światło – zbiorem cząstek czy jakimś

specjalnym ruchem eteru wypełniającego świat?

Page 33: Natura i źródła światla

TEORIA FALOWA NATURY ŚWIATŁA

• Konkurencyjnym poglądem na naturę światła była teoria impulsowa lub falowa Huygensa, przedstawiona w 1678 r. przed paryską Akademią Nauk, a opublikowana dopiero w 1691 r. jako Traité de la lumiere (Traktat o świetle).

• Teoria Huygensa była w pewnym stopniu rozwinięciem idei Hooke'a. Huygens podobnie jak Kar tezjusz (i Hooke) odrzucał istnienie próżni i sądził, że świat wypeł nio ny jest eterem.

• Światło miało być ruchem przekazywanym przez sprężyste

cząstki eteru.

Page 34: Natura i źródła światla

O CO CHODZI W TEJ TEORII ?

• Teoria falowa próbowała również wyjaśnić prostoliniowe roz cho dzenie się światła. Cząsteczki ciała poruszając się gwałtownie, np. pod wpływem ognia, przekazują swój ruch eterowi, wzbudzając w nim fale elementarne. Fale te następnie składają się w jeden sil niejszy impuls, który obserwujemy. Czoło tak powstałej fali wypad ko wej jest obwiednią owych elementarnych fal (na ogół kulistych) – jest to sławna zasada Huygensa. Huygens mówi wprawdzie o falach i powołuje się na analogię do fal wodnych, lecz uważa owe impulsy za nieokresowe, jego fale są zaburzeniami bez żadnej okresowości przestrzennej czy czasowej, przypominają raczej fale uderzeniowe rozchodzące się po wybuchu.

Page 35: Natura i źródła światla

TEORIA KORPUSKULARNA ŚWIATŁA

Emisja elektronów pod wpływem promieniowania stanowi jeden z

najważniejszych dowodów korpuskularnej natury światła.

Teoria korpuskularna światła to teoria, w której światło traktuje się jako strumienie cząstek. Uważa się dziś, że zjawiska interferencji światła (czyli nakładania się wiązek świetlnych) można wyjaśnić tylko za pomocą falowej teorii światła. Na podstawie tej teorii wzmacnianie lub osłabianie wiązek świetlnych wyjaśniamy nakładaniem się fal świetlnych w fazach zgodnych lub przeciwnych. Korpuskularna teoria światła nie może tego wyjaśnić, jednakże teoria falowa nie jest w stanie wyjaśnić innych zjawisk, jak na przykład efektu fotoelektrycznego.

Przyjmuje się więc, iż światło ma naturę dualną.

Page 36: Natura i źródła światla

CZYM JEST ŚWIATŁO? JAKĄ MA STRUKTURĘ? Z CZEGO SIĘ SKŁADA?

Page 37: Natura i źródła światla

Te pytania męczyły fizyków i filozofów przez wiele stuleci. Niektórzy twierdzili, że składa się ono z pewnych malutkich cząsteczek. Inni natomiast uważali, że światło ma postać fali. Przez długi czas obie te teorie rywalizowały ze sobą. W XIX wieku wydawało się, że fizycy w końcu rozstrzygnęli problem na korzyść teorii falowej. Wiele doświadczeń uwidaczniało falową strukturę światła. Pokazano bowiem, że tak jak fala podlega ono dyfrakcji, oraz interferencji (sławne doświadczenie Younga). Okazało się także, że światło jest falą elektromagnetyczną. Podlega ono prawom Maxwella, które tłumaczą wiele związanych z nim zjawisk. Tak więc wydawało się, że problem został rozwiązany

Doświadczenie Younga

Page 38: Natura i źródła światla

Albert Einstein

Jednak w 1905 roku Albert Einstein wytłumaczył efekt fotoelektryczny zakładając, że światło składa się z pewnych cząsteczek - fotonów. Co więcej już wkrótce pojawiły się kolejne fakty przemawiające za cząsteczkową teorią światła. Fizycy znowu stanęli przed problemem. Co należało wybrać - teorię falową, czy

korpuskularną?

Page 39: Natura i źródła światla

Wielki duński fizyk Niels Bohr zaproponował rozwiązanie, które pogodziło obie teorie. Stwierdził on po prostu, że światło ma charakter dualny, korpuskularno-falowy. W żadnym eksperymencie nie obserwujemy obu tych charakterów jednocześnie. Niekiedy światło objawia się jako fala, kiedy indziej jako cząsteczka. Żeby zrozumieć światło, musimy brać pod uwagę oba jego charaktery. Ani teoria cząsteczkowa (fotonowa), ani falowa rozpatrywane osobno nie są prawidłowe. Dopiero po ich połączeniu dostajemy pełną, właściwą teorię. Niels Bohr

Page 40: Natura i źródła światla

Niels Bohr stwierdził po prostu, że światło jest zarówno falą jak i cząsteczką. Do tej pory fizycy traktowali fale oddzielnie, cząsteczki oddzielnie i nie łączyli tych dwóch opisów. Teraz, żeby dobrze zrozumieć światło, okazało się to konieczne. Co więcej, nie jest możliwe wyobrażenie sobie dualności światła. W świecie dużych rozmiarów, w którym żyjemy, nie znajdujemy żadnych odpowiedników. Możemy wyobrazić sobie cząsteczkę. Możemy wyobrazić sobie falę. Nie da rady wyobrazić sobie czegoś co jest jednocześnie falą i cząsteczką. Mimo to światło ma właśnie taki charakter. Musimy to zaakceptować.

Page 41: Natura i źródła światla

Kwant energii - porcja energii jaką może pochłonąć

lub jaką może przekazać układ w pojedynczym akcie oddziaływania

z innym układem (np. atom z fotonem).

Wzór na porcję energii

E = hv

Page 42: Natura i źródła światla

Atom wzbudzony, atom, którego elektrony znajdują się na wyższych poziomach energetycznych niż w

stanie podstawowym; przeskokowi elektronów na niższe poziomy

energetyczne, podczas powracania atomu do stanu podstawowego,

towarzyszy emisja kwantów promieniowania

elektromagnetycznego (światła, promieniowania rentgenowskiego).

Page 43: Natura i źródła światla

Erwin Schrödinger (ur. 12 sierpnia 1887 w Wiedniu (Erdberg), zm. 4 stycznia 1961 w Wiedniu) – austriacki fizyk teoretyk, jeden z twórców mechaniki kwantowej, laureat Nagrody Nobla z dziedziny fizyki w roku 1933 za prace nad matematycznym sformułowaniem mechaniki falowej.

Główną zasługą Schrödingera było ujęcie problemu kwantowania jako problemu wartości własnych.

Jest autorem tzw. równania falowego (równania Schrödingera), które w mechanice kwantowej ma podstawowe znaczenie.

Stworzył podwaliny rachunku zaburzeń, zajmował się też statystyczną termodynamiką i teorią barw.

Page 44: Natura i źródła światla

PRĘDKOŚĆ ŚWIATŁA

Page 45: Natura i źródła światla

PRĘDKOŚĆ ŚWIATŁA W PRÓŻNI

PRĘDKOŚĆ ŚWIATŁA W PRÓŻNI, cjedna z uniwersalnych stałych fiz ., prędkość rozchodzenia się fal elektromagnet . w próżni:

c = 299793.103 m/s (około 300 000 km/s);

Nie zależy od długości fali, jest taka sama w różnych inercjalnych układach odniesienia, nie zależy od ruchu źródła fal elektromagnet . ani odbiornika, jest maksymalną prędkością rozchodzenia się oddziaływań, a więc też przenoszenia energii; Ciała materialne nie mogą osiągnąć prędkości równej c, można je tylko przyspieszać do prędkości jej bliskiej; pierwszych pomiarów c dokonali O. Römer 1676 i A. H. Fizeau 1849.

Page 46: Natura i źródła światla

ZJAWISKO ZAŁAMANIA ŚWIATŁA

• To zjawisko fizyczne polegające na zmianie kierunku rozchodzenia się promieni świetlnych przez dwa ośrodki przezroczyste.

• Przyczyną takiego zachowania się światła jest to, że światło ma różne prędkości w zależności od tego przez jaki ośrodek przechodzi..

• Im większa gęstość ośrodka, tym światłu "trudniej jest się przez niego przedrzeć" - czyli ma w nim mniejszą prędkość, niż w ośrodkach o mniejszej gęstość

Page 47: Natura i źródła światla

WSPÓŁCZYNNIK ZAŁAMANIA ŚWIATŁA

• Współczynnik załamania ośrodka jest miarą zmiany prędkości rozchodzenia się fali w danym ośrodku w stosunku do prędkości w innym ośrodku (pewnym ośrodku odniesienia).

• Dokładniej jest on równy stosunkowi prędkości fazowej fali w ośrodku odniesienia do prędkości fazowej fali w danym ośrodku

Page 48: Natura i źródła światla

PRAWO SNELLIUSA

Prawo Snelliusa (załamania, refrakcji, Snella) – prawo fizyki opisujące zmianę kierunku biegu promienia światła przy przejściu przez granicę między dwoma ośrodkami przezroczystymi o różnych współczynnikach załamania.

Prawo znane jest jako prawo Snella (holenderski astronom i matematyk), który jako pierwszy opublikował poprawne rozumowanie dotyczące zagadnienia w roku 1621.

Page 49: Natura i źródła światla

PRĘDKOŚĆ ŚWIATŁA W OŚRODKACH MATERIALNYCH

Prędkość rozchodzenia się fali elektromagnetycznej zależy od ośrodka, w jakim porusza się ta fala i osiąga wielkość maksymalną w próżni.

W odróżnieniu od np. dźwięku, fala elektromagnetyczna do propagacji nie potrzebuje ośrodka materialnego.

Hipotetyczny ośrodek, w którym miałaby się rozchodzić fala elektromagnetyczna, nazywano eterem.

Page 50: Natura i źródła światla

PRĘDKOŚĆ ŚWIATŁA

Na podstawie obecnych danych

prędkość światła wynosi

c=299792,5 +/-0,4 km/s.

Page 51: Natura i źródła światla

METODY POMIARU PRĘDKOŚCI ŚWIATŁA

Page 52: Natura i źródła światla

HISTORIA POMIARÓW PRĘDKOŚCI ŚWIATŁAJuż Galileusz zastanawiał się nad prędkością rozchodzenia się światła. Jako pierwszy zaproponował pomiar prędkości światła metodą czasu przelotu. Jednak przy ówczesnych dokładnościach pomiarów było to niewykonalne. Nie w warunkach ziemskich...

W 1676 Ole Rømer zauważył, że obserwowany na Ziemi czas zaćmień satelity Jowisza zależy od położenia Ziemi względem Jowisza. Maksymalne opóźnienie czasu zaćmienia wynosi około 16 minut. Rømer przyjął (słusznie), że opóźnienie to wynika ze zmiany odległości Ziemi od Jowisza o długość średnicy orbity Ziemi. Według ówczesnych pomiarów tej orbity oszacował c = 214 000 \; km/s

W 1727 William Bradley wyznaczył prędkość światła z aberracji gwiazd. Gwiazdy zmieniają w ciągu roku swoje położenie na sferze niebieskiej o ok. 20.5 sekundy łuku, co jest wywołane przez ruch Ziemi dookoła Słońca (przy skończonej prędkości rozchodzenia się światła). Na tej podstawie wyznaczył c = 301 000 \; km/s

Pierwszy pomiar w warunkach "laboratoryjnych" (ziemskich) został przeprowadzony przez H.L.Fizeau w roku 1849.

Page 53: Natura i źródła światla

HISTORYCZNE METODY POMIARU ŚWIATŁA

Metody pomiaru prędkości światła można podzielić na dwie grupy: bezpośrednie i pośrednie.

Do metod bezpośrednich można historycznie zaliczyć metodę Römera (pomiar prędkości światła z opóźnienia zaćmień księżyców Jowisza, rok 1675), metodę Fizeau modulacji światła kołem zębatym (1849 r.) oraz metodę Michelsona z wirującymi zwierciadłami (1924 r.).

Page 54: Natura i źródła światla

JAK MIERZONO PRĘDKOŚĆ ŚWIATŁA?

Większość bezpośrednich pomiarów przeprowadzono następująco: W odpowiedni sposób wytworzono krótki impuls świetlny.

Impuls ten przebiegał po pewnej drodze l i odbijał się od zwierciadła, powracał po tej samej drodze i docierał do obserwatora.

Odpowiedni układ mierzył czas przebiegu światła na drodze 2l.

Prędkość światła była obliczona ze wzoru:

c=2l/t

Page 55: Natura i źródła światla

METODY POMIARU PRĘDKOŚCI ŚWIATŁA

Römer w 1673 wyznaczył prędkość światła poprawnie interpretując obserwowane nieregularności momentów zaćmień księżyców Jowisza przez planetę jako efekt spowodowany przez różnicę czasu, w jakim światło pokonuje zmienną odległość Jowisz-Ziemia.

Römer uzyskał wynik skończonej wartości c = 215 000 km/s.

Page 56: Natura i źródła światla

JAK TO ZROBIŁ FIZEAU ?

• Światło było wysyłane na odległość L = 8633 m i wracało do obserwatora po odbićiu w zwierciadle.

• Na początku i na końcu drogi promień przechodził przez przerwę między zębami obracającej się przesłony.

• Odbity promień przestawał docierać do obserwatora, gdy liczba obrotów przesłony o N = 720 zębach wynosiła n=12.86\;s^{-1}.

• Na tej podstawie Fizeau oszacował prędkość światła na

• c =315 300 km/s

Page 57: Natura i źródła światla

A JAK MIERZYMY PRĘDKOŚĆ ŚWIATŁA DZIŚ?

Dziś już nie mierzymy prędkości światła !

W 1983 roku prędkość światła została zdefiniowana jako

c = 299792458m/s (dokładnie !)

Page 58: Natura i źródła światla

PREZENTACJĘ WYKONALI:

PATRYCJA PODLEWSKAOLA DYBOWSKAPATRYCJA GAJDAMAŁGORZATA PARNICKAKAROLINA KACZORNATALIA ŻULIŃSKAMARTA STARTEKKAMIL WĄSIKDAWID ZAJKOWSKIMARTYNA JAROSZEWICZKAMILA MAJCHRZAK

Page 59: Natura i źródła światla

Projekt „ROZWÓJ PRZEZ KOMPETENCJE” jest współfinansowany przez Unię Europejską w ramach środków

Europejskiego Funduszu Społecznego

Program Operacyjny Kapitał Ludzki 2007-2013

CZŁOWIEK – NAJLEPSZA INWESTYCJA

Publikacja jest współfinansowana przez Unię Europejską w ramach środków Europejskiego Funduszu SpołecznegoPrezentacja jest dystrybuowana bezpłatnie