Скорость света (Олаф Ромер) - Физика в школе

Перейти к содержимому

Главное меню

Скорость света (Олаф Ромер)

 

Скорость света (Олаф Ромер)


История случилась много-много лет тому назад. Могла произойти она и в наше время и закончилась бы тем же самым результатом.
По пыльной дороге шел изнуренный дорогой путешественник. Вот уже почти целый день шел он в сторону деревни, где стоял костел с часами. Во всей околице было известно, что часы, установленные на костеле, никогда не спешат и не отстают. Это-то и хотел проверить путник - часовых дел мастер, а главное ознакомиться с конструкцией необыкновенных в то время часов.
 Раскаленный красный диск летнего солнца уже скрывался за горизонтом, когда уставший часовой мастер увидел вдали башню костела. Он ускорил шаг. В этот момент до его ушей донесся звон колокола часов. Колокол звонил через каждые пятнадцать минут, а его звук громким эхом расходился по всему селу. Мастер решил сразу же проверить часы. Через пятнадцать минут вновь послышался колокол. Путешественник отрегулировал хронометр по сигналу знаменитых часов и пошел еще быстрее. Через следующие пятнадцать минут, когда колокол вновь начал звонить, часовой мастер остановился и посмотрел на свой хронометр. Что же оказалось? Самые точные в околице часы спешили за 15 минут на 5 секунд! Через следующие 15 минут, когда удивленный мастер подошел ближе к костелу, он вновь сверил хронометр с башенными часами. Не было сомнений, часы на башне постоянно спешили!
 Часовой мастер был почти уже уверен, что слава часов была незаслуженной. Однако, как и всякий часовой мастер, он любил точность. Поэтому решил на всякий случай проверить часы еще раз. Он постановил остаться в селе и провести там целый день, посвятив его проверке часов. Мастера ждал новый сюрприз: сравнивая свой хронометр с часами, он установил, что и часы, и хронометр, показывают одинаковое время.
 На следующий день недоумевающий мастер отправился в обратный путь, размышляя о причинах шалостей прославленных часов, в точности которых он убедился за целый день. Как бы прощаясь с ним, зазвонил колокол; тут же наш мастер решил проверить странные часы, что он и сделал, не останавливаясь, чтобы не терять времени. Результат последней проверки превзошел все ожидания. Часы в селе опаздывали на 5 секунд за 15 минут! Этого он никак не мог понять.
 Знающие физику без большого труда ответят, в чем же было дело. Первую и последующие проверки мастер производил, не останавливаясь. За 15 минут ходьбы он подходил к часам на расстояние, меньшее приблизительно на 1,5 км от расстояния в начале измерения времени. Звук колокола часов, пройдя меньшее расстояние, доходил до ушей мастера раньше, чем, если бы тот не двигался с  места, например, сел у дороги, ожидая очередного боя. В селе, когда расстояние между мастером и часами не изменялось, часы показывали то же время, что и хронометр. Следовательно, были отличными часами!
 Когда же мастер отправился в обратный путь, звук колокола часов доходил до его ушей все позднее и позднее, так как мастер отдалялся от часов. Вот и весь рассказ о славном часовом мастере и о самых точных часах в небольшой деревеньке.
 Эта история с часовым мастером довольно поучительная. Приключение с загадочными часами поможет понять способ определения скорости света, известный уже 300  лет   тому назад.
 Рассмотрим еще раз причину непонятного поведения часов. Мастер отмечал удары колокола через равные промежутки времени, то есть наблюдал некоторое периодическое и регулярное явление. Но в определенных условиях оно оказалось нерегулярным: часы, то отставали, то спешили, то шли правильно. Когда часовой мастер приближался к старому костелу, часы спешили, как только отдалялся от него - отставали.
 Сведения об истечении времени мастеру приносили звуковые волны, распространяющиеся со скоростью 300 метров в секунду (точнее 330 м/сек.). Путник то шел навстречу волнам, то отдалялся от них. Его движение, то есть изменение рас стояния до источника звука, являлось причиной отклонений в регулярном явлении биения часов, отклонений кажущихся, появляющихся только тогда, когда наблюдатель находился в движении по отношению к источнику звуков.
 Датский ученый Олаф Ромер почти триста лет тому назад наблюдал за движением естественных спутников Юпитера. Вокруг этой планеты вращается 12 лун, но Ромер следил только за одной из них, которая совершала один оборот вокруг Юпитера за 42 часа. Как ученому удалось определить скорость света?
 Вращаясь вокруг планеты Юпитер, Луна через каждые 42 часа пряталась за диск планеты. Через каждые 42 часа на Лупе-спутнике Юпитера происходили затмения. Движение Луны, как и движение всех небесных тел, было очень регулярным, следовательно, очередные затмения должны были происходить точно через каждые 42 часа. Но астроном заметил «недисциплинированность» Луны. Круглогодовые наблюдения показали, что в течение первого полугодия затмения происходят с опозданием, а в течение второго полугодия
с опережением. Явление, вне всякого сомнения происходящее очень точно, регулярно, наблюдателю казалось с Земли нерегулярным.  Постараемся объяснить и это явление. Земля движется по своей орбите непрерывно вокруг Солнца. Астрономические наблюдения приносят нам световые волны. Волны эти распространяются с огромной скоростью (300 000 километров в секунду). Световые волны самый быстрый посыльный в природе, приносящий человеку информации об окружающем мире. Скорость света довольно долго оставалась неизмеренной; многие ученые считали, что она бесконечно велика. Сегодня мы уже знаем точную величину скорости света, которую определил Ромер.
Когда Земля находится в точке Р своей орбиты, свет Луны Юпитера преодолевает до Земли самое короткое из всех возможных, расстояние будет самым большим. Разница первого и второго расстояния равна диаметру орбиты Земли, то есть приблизительно 300 000 000 (трёмстам миллионам километров!).
 Для прохождения более длинного отрезка пути необходимо больше времени. Действительно, когда Земля по своей орбите в течение первого полугодия, затмения систематически опаздывают, а когда Земля приближается к источнику света, то есть следует в течение второго полугодия, затмения происходили быстрее, чем это следовало бы ожидать. И не удивительно, в первом случае Земля отдаляется от источника света, несущего информацию о затмении, а во втором, приближается к этому источнику, то есть Луне Юпитера. В результате систематических опаздываний последнее затмение в первом полугодии происходило примерно на 1000 секунд позднее, чем этого ожидал  ученый.  За это же время Земля отдалялась от луны Юпитера на добавочное расстояние, равное, как мы уже знаем, диаметру орбиты Земли, то есть 3000 000 000 километров.
 По мере развития физики и астрономии, величина, установленная Ромером, неоднократно проверялась и уточнялась. Самое точное измерение произвел американский физик Михельсон в 1925 году. Скорость света по Михельсону составляет  299820  км/сек.
Такая точность определения скорости света нужна в исключительных случаях для специальных исследований. Для нас достаточно приближенной величины, принятой во всем мире и равной  300  000 километров в секунду.


 
 
Назад к содержимому | Назад к главному меню