Г.С. Ландсберг - Элементарный учебник физики (том 3). Колебания и волны. Оптика. Атомная и ядерная физика (1120574), страница 73
Текст из файла (страница 73)
е. возвращался к зеркалу А. Однако за время т, в течение которого свет проходил путь от А до В и обратно (т, е. путь, равный 21с), зеркало А успевало повернуться на небольшой угол а, и свет отражался по направлению АВ', Рнс. ЗОВ. К определению скорости света по методу вращающегося зер- кала составляющему угол 2а с направлением ВА. Измерив угол 2а и зная угловую скорость вращения зеркала, можно определить время т, а следовательно, и скорость света с= =2И/с. В одном из опытов Фуко расстояние АВ = 4 м, частота вращения зеркала У = 800 с ', угол поворота зеркала а = 27,3", следовательно, для этих данных т= — =2,7 1О ' с и с=- — =296000 км(с.
й 2тс апл' Среднее значение скорости света, полученное Фуко, рав. нялось 298 000 км(с. Вводя на пути света АВ трубу с водой, Фуко смог непосредственно измерить скорость распространения света в воде и получил значение, в '(а раза меньшее, чем в воздухе, в соответствии с представлениями Гюйгенса (см. 8 130).
Введя ряд остроумных усовершенствований в метод вращающегося зеркала, американский физик Альберт Майкельсон (1852 — 1931) значительно повысил точность определения скорости света. По его определениям (1927 г.) с = 299 798 км/с. За последние годы лабораторные методы определения скорости света существенно усовершенствованы. В их основу положены независимые измерения длины световой волны и ее частоты. Это позволило К. Ивенсоиу с сотрудниками в 1972 г.
определить скорость света с точностью 0,2 мыс: с = 299 792 456,2 =Е 0,2 мlс. Однако эти результаты требуют дальнейшего подтверждения. В 1973 г. решением Генеральной ассамблеи Международного комитета по численным данным для науки и техники, обобщившим все известные экспериментальные данные, скорость света в вакууме принято считать равной с = 299 792 458 +. 1, 2 м!с.
Для всех практических расчетов мы будем принимать скорость света в вакууме равной 300 000 км,'с (3 1О' м(с), Колоссальная с точки зрения наших земных масштабов скорость света не так уж велика в масштабах астрономических. Здесь время распространения света измеряется значительными числами. Так, свет идет от Солнца до Земли около 8 мин, а от ближайшей звезды — около 4 лет.
За год свет проходит путь примерно в 1О" км. Эта величина оказывается удобной в качестве единицы длины для огромных астрономических расстояний; она называется сггшовым годом. Наряду с этой единицей астрономы пользуются парсеком. Парсек (т. е. параллакс-секунда) — это расстояние, с которого радиус земной орбиты (!50 млн, км) виден под углом 1". Нетрудно подсчитать, что парсек равен примерно 3'!, светового года. В настоящее время имеется возможность независимо измерять частоту ч и длину волны ), монохроматического света, поэтому скорость его с=).т может быть найдена н без кинематических измерений, осуществляемых прежними способами.
Г и а в а Х!Х. ДИСПЕРСИЯ СВЕТА И ЦВЕТА ТЕЛ $159. Состояние вопроса о цвете тел до исследований Ньютона. Вопрос о причине различной окргски тел естественно занимал ум человека уже давно. Очень большое количество наблюдений, и чисто житейских, и нгучных, было в распоряжении исследователей, но вплоть до работ Ньютона (нгчгвшихся около 1666 г.) в этом вопросе царила полная неопределенность. Считалось, что цвет есть свойство самого тела, хотя внимательное наблюдение обнаруживало, что в зависимости от времени дня или условий освещения нередко наблюдается очень знгчительное изменение в цвете тел.
Сугцествовгло мнение, что различные цвета получаются как «смесь» света и темноты, т. е. смешивались два существенно различных понятия — цвет и освещенность. С незапамятных времен наблюдались превосходные (радужные) цвета радуги и даже было известно„что обргзование ргдуги связгно с освещением дождевых капель. Так, фргнцузский физик Рене Декарт (!596 — 1650) наблюдал искусственную радугу на водяной пыли фонтанов и производил опыты по получению радуги со стеклянными шарами, наполненными водой. В 1637 г. Декарт объяснил форму и угловые размеры радуги на небесном своде, но причины цветов радуги и гх последовательности ему оставались неясными.
Точно так же игра цветов в граненых алмазах и даже в стеклянных призмах была хорошо известна. На Востоке, в частности в Китае, украшения в виде стеклянных призм, дающих радужные блики, принадлежали к числу излюбленнейших. Европейцы неоднократно описывали эти китайские игрушки. И тем не менее никто не сопоставлял между собой эти многочисленные и разнообразные явления, и связь между великолепными краскгми радуги, играющей на небе, и цветом тел была открыта только в замечательных исследованиях Ньютона.
В !60. Основное открытие Ньютона в оптике. Ньютон обратился к исследованию цветов, наблюдаемых при преломле- нии света, в связи с попытками усовершенствования телескопов. Стремясь получить линзы возможно лучшего качества, Ньютон убедился, что главным недостатком изображений является наличие окрашенных краев.
Как известно, это обстоятельство заставило его начать строить телескопы с зеркалом (рефлекторы) 8 119). Исследуя окрашивание при преломлении, Ньютон сделал свои величайшие оптические открытия. «ь« 3 3 ив гр лру~ бг зис. 309. Схема основного опыта Ньютона по дисперсии света. Расстоя«ие от экрана до призмы достаточно велнно, чтобы можно было разли- чать отдельные цветные полосы Сущность открытий Ньютона поясняется следующими опытами (рис. 309). Свет от фонаря освещаетузкое отвер.тие 5 (щель). При помощи линзы Е изображение щели получается на экране МУ в виде короткого белого прямоугольника 5'.
Поместив на пути лучей призму Р, ребро котовой параллельно щели, обнаружим, что изображение щели местится и превратится в окрашенную полоску, переходы тветов в которой от красного к фиолетовому подобны наблюдаемь«ь«в радуге, Это радужное изображение Ньютон назвал спектрол« ") (рис. 310). Если прикрыть щель цветным стеклом, т. е. если натравлять на призму вместо белого света цветной, нзображе«ие щели сведется к цветному прямоугольнику, располагаощемуся на соответствующем месте спектра, т. е. в зависи,шсти от цвета свет будет отклоняться на различные углы зт первоначального изображения 5'. Описанное наблюдение юказывает, что лучи разного цвета различно преложляготся гризжой.
Это важное заключение Ньютон проверил многими опыгаьш. Важнейший из них состоял в определении показателя ') Спектр — лат. зрес1гшп — видение. преломления лучей различного цвета, в ы д е л е н н ы х из спектра. Для этой цели в экране Мй) (рис. 3!)9), на котором получается спектр, прорезалось отверстие; перемещая экран, можно было выпустить через отверстие узкий пучок лучей того нли иного цвета. Такой способ выделения однородных лучей более совершенен, чем выделение при помощи Рис.
3)0. Опыт Ньютона — разложение солнеяпого света. По рисунку академика Крафта, хранящемуся в кунсткамере Лкаделтни наук !ХЧП! век) цветного стекла. Опыты обнаружили, что такой выдетенный пучок, преломляясь во второй призме, уже не растягивается в полоску. Такому пучку соответствует определенный показатель преломления, значение которого зависит от цвета выделенного пучка.
$161. Истолкование наблюдений Ньютона. Описанные опыты показывают, что для узкого цветного пучка, выделенного из спектра, показатель преломления имеет вполне определенное значение, тогда как преломление белого света можно только приблизительно охарактеризовать одним каким-то значением этого показателя. Сопоставляя подобные наблюдения, Ньютон сделал вывод, что существуют п р остыы е цвета, не разлагающиеся при прохождении через призму, и с л о ж н ы е, представляющие совокупность простых, имеющих разные показатели преломления. В част- 390 ности, солнечный свет есть такая совокупность цветов, которая при помощи призмы разлагается, давая спектральное изобргжеиие щели. Тгким образом, в основных опытах Ньютона заключались два важных открытия: 1) свет различного цвепга харакпгеризуегпся разными показапшгями преломления в данном веществе )дисперсия) *); 2) белый цвет есть совокупносгпь простых цветов.
Мы знгем в настоящее время, что разным цветам соответствуют различные длины световых волн. Поэтому первое открытие Ньютонг можно сформулировать такпы образом: показатель преломления веи)еапва зависигп от длины световой волнос Обычно он увеличивается по мере уменьшения длины волны. Первое открытые Ньютоне сохраняется в неизменной формулиров. ке н до настоящего времени. Что же касается второго утверждсяия, то недо отметить знзчнтельиую сложность вопроса о природе белого свете. Этз проблема выходит зз репки излзгземого в этой книге материала. Вире~ем, для очень большого числа прзктических вопросов мы можем ззмсннть белый свет совокупностью соответствующим образом подобрзнных простых (монохромзтическнх) цветов, т. е. рзссмзтривзть белый свет кзк смесь этих цветов.
Открытие явления разложения белого светг нг цветг прн преломлении позволило объяснить образование радуги н других подобных метеорологических явлений. Преломление света в водяных капельках иди ледяных кристалликах, плавающих в атмосфере, сопровождается благодаря дисперсии в воде или льде разложением солнечного света.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
