С какой скоростью свет распространяется в вакууме

Световая скорость

Световая скорость является измеряемым параметром, и она оказывает влияние на множество явлений и законов физики. Ее значение используется в различных научных расчетах и экспериментах.

Интересный факт: Световая скорость является конечной и ограниченной своим значением в вакууме. Согласно теории относительности Альберта Эйнштейна, никакая материальная частица не может двигаться со скоростью, превышающей скорость света.

Световая скорость играет важную роль в различных областях науки и технологий. Она влияет на коммуникационные системы, оптику, астрономию, а также на разработку новых технологий, связанных с использованием световых волн.

Сверхсветовое движение

Основная статья: Сверхсветовое движение

Из специальной теории относительности следует, что превышение скорости света физическими частицами (массивными или безмассовыми) нарушило бы принцип причинности — в некоторых инерциальных системах отсчёта оказалась бы возможной передача сигналов из будущего в прошлое. Однако теория не исключает для гипотетических частиц, не взаимодействующих с обычными частицами, движение в пространстве-времени со сверхсветовой скоростью.

Гипотетические частицы, движущиеся со сверхсветовой скоростью, называются тахионами. Математически движение тахионов описывается преобразованиями Лоренца как движение частиц с мнимой массой. Чем выше скорость этих частиц, тем меньше энергии они несут, и наоборот, чем ближе их скорость к скорости света, тем больше их энергия — так же, как и энергия обычных частиц, энергия тахионов стремится к бесконечности при приближении к скорости света. Это самое очевидное следствие преобразования Лоренца, не позволяющее массивной частице (как с вещественной, так и с мнимой массой) достичь скорости света — сообщить частице бесконечное количество энергии просто невозможно.

Следует понимать, что, во-первых, тахионы — это класс частиц, а не один вид частиц, и во-вторых, тахионы не нарушают принцип причинности, если они никак не взаимодействуют с обычными частицами.

Обычные частицы, движущиеся медленнее света, называются тардионами. Тардионы не могут достичь скорости света, а только лишь сколь угодно близко подойти к ней, так как при этом их энергия становится неограниченно большой. Все тардионы обладают массой, в отличие от безмассовых частиц, называемых люксонами. Люксоны в вакууме всегда движутся со скоростью света, к ним относятся фотоны, глюоны и гипотетические гравитоны.

В планковской системе единиц скорость света в вакууме равна 1, то есть свет проходит 1 единицу планковской длины за единицу планковского времени.

C 2006 года появляются сообщения о том, что в так называемом эффекте квантовой телепортации взаимодействие распространяется быстрее скорости света. Например, в 2008 г. исследовательская группа доктора Николаса Гизена (Nicolas Gisin) из университета Женевы, исследуя разнесённые на 18 км в пространстве запутанные фотонные состояния, якобы показала, что «взаимодействие между частицами осуществляется со скоростью, примерно в сто тысяч раз большей скорости света». Ранее также обсуждался так называемый парадокс Хартмана — сверхсветовая скорость при туннельном эффекте. Анализ этих и подобных результатов показывает, что они не могут быть использованы для сверхсветовой передачи какого-либо несущего информацию сообщения или для перемещения вещества.

В результате обработки данных эксперимента OPERA, набранных с 2008 по 2011 год в лаборатории Гран-Сассо совместно с ЦЕРН, было зафиксировано статистически значимое указание на превышение скорости света мюонными нейтрино. Сообщение об этом сопровождалось публикацией в архиве препринтов. Полученные результаты специалисты подвергли сомнению, поскольку они не согласуются не только с теорией относительности, но и с другими экспериментами с нейтрино. В марте 2012 года в том же тоннеле были проведены независимые измерения, и сверхсветовых скоростей нейтрино они не обнаружили. В мае 2012 года OPERA провела ряд контрольных экспериментов и пришла к окончательному выводу, что причиной ошибочного предположения о сверхсветовой скорости стал технический дефект (плохо вставленный разъём оптического кабеля). Учёные смогли его замедлить до 17 метров в секунду.

Фундаментальная роль в физике

Прежде чем углубляться в научные теории, надо разобраться в самом «простом» вопросе: что такое свет? Проблема заключается в том, что в зависимости от условий эксперимента луч ведет себя то как поток частиц, которые называются «фотоны», то как волна.

Поэтому с 17 века в научном мире велись споры:

1. Часть исследователей верила, что свет – это часть эфира, всепроникающей сущности, которая колеблется, вызывая привычные нам электромагнитные явления. Эту идею постулировал Рене Декарт. 
2. Некоторые ученые считали, что свет – это только набор летящих частиц. Их корпускулярную теорию сформулировал Исаак Ньютон.
3. Другие доказывали, что свет – волна. Их волновую теорию доказал нидерландский физик Христиан Гюйгенс.

Исаак Ньютон

К концу 19 века именно эфирная теория света считалась наиболее достоверной. Но все изменил опыт Майкельсона-Морли в 1887 году. Американские ученые решили замерить скорость света вдоль потока эфира и поперек. Так они хотели узнать, насколько стремительны эфирные потоки. Но исследователи были поражены, когда оказалось, что свет двигался во всех направлениях одинаково. Это означало, что никакой эфир его не передвигает.

В 1901 году на основе идеи Альберта Эйнштейна, немец Макс Планк пришел к выводу, что свет излучается и поглощается строго порционно, по квантам, в зависимости от длины волны. Эти порции были названы фотонами, объяснившими корпускулярную теорию.

Объединив эти данные Альберт Эйнштейн создал свою теорию относительности. Он заявил, что скорость света в вакууме не зависит ни от источника, ни от положения наблюдателя. То есть, она постоянная. Этот простой тезис буквально перевернул все понимание физики элементарных частиц. Если делать логические выводы на тезисах Эйнштейна, получается, что:

1. Скорость света одинакова для всех безмассовых частиц и волн. То есть любое излучение в вакууме будет перемещаться с одинаковой стремительностью. 
2. Е=mc2. Это легендарное уравнение означает, что у любого вида энергии есть определенная масса. При этом последняя равна в покое объему энергии, которая заключена в объекте, умноженной на постоянную скорость света в квадрате.
3. Сокращение длины. Это теория Хендрика Лоренца, согласно которой, чем быстрее движется объект, тем короче он становится. При этом сам Эйнштейн верил, что подобное явление сродни оптической иллюзии. В то же время другие ученые считают, что такое сокращение объективно.
4. Пространство-время. В специальной теории относительности время является не отдельной величиной, а еще одним измерением, подобно длине, ширине и высоте. Этот постулат доказывается тем, что на больших скоростях время для движущегося объекта замедляется. 

Альберт Эйнштейн

Скорость света в вакууме используется как константа в изучении большинства явлений современными физиками, даже если они не имеют прямого отношения к свету, как гравитация. Впоследствии эти знания используются в передовых разработках. Для примера, на спутниках GPS и Международной космической станции часы настраиваются с поправкой на 0,01 с в год из-за искривления времени на орбите.

Верхний предел скорости

Согласно специальной теории относительности максимальная скорость света распространяется только на частицы, у которых нет массы. То есть любой предмет или живое существо не сможет ее достигнуть. Логика этого заявления вытекает из исследований Эйнштейна и Лоренца.

Чем больше становится скорость объекта, тем сильнее увеличивается его энергия. В формулу Е=мс2 добавляется гамма-фактор Лоренца, учитывающий уменьшение длины и замедление времени. При приближении к скорости света этот коэффициент стремится к бесконечности. То есть для достижения предела стремительности объекту, как минимум, потребуется бесконечная энергия. При этом сам он будет становиться все меньше, пока не превратится в точку с бесконечной массой, для которой время полностью остановится. А значит и движение. 

Физические формулы

В 1910 году Альберт Эйнштейн и Арнольд Зоммерфельд придумали мысленный эксперимент. Они допустили, что существуют электромагнитные частицы тахионы, которые могут двигаться быстрее скорости света. В таком случае они направятся назад во времени и смогут перенести информацию в прошлое. Но современная физика считает подобное невозможным, ведь тогда нарушится причинно-следственная связь.

С другой стороны тахионы и перемещения во времени стали благодатной почвой для фантастов. Один из наиболее знаменитых персонажей, связанных с этой темой – Флэш из вселенной комиксов DC. Его способности перемещаться во времени авторы связывают с использованием тахионов и преодолением верхнего предела скорости.

Немного истории. Как измеряли скорость света

Большинство ученых древности были убеждены в том, что скорость света бесконечна. Однако результаты исследований Галилея и Гука допускали ее предельность, что наглядно было подтверждено в XVII веке выдающимся датским астрономом и математиком Олафом Ремером.

Свои первые измерения он произвел, наблюдая за затмениями Ио – спутника Юпитера в тот момент, когда Юпитер и Земля располагались с противоположных сторон относительно Солнца. Ремер зафиксировал, что по мере отдаления Земли от Юпитера на расстояние, равное диаметру орбиты Земли, изменялось время запаздывания. Максимальное значение составило 22 минуты. В результате расчетов он получил скорость 220000 км/сек.

Через 50 лет в 1728 году, благодаря открытию аберрации, английской астроном Дж. Брэдли «уточнил» этот показатель до 308000 км/сек. Позже скорость света измерили французские астрофизики Франсуа Арго и Леон Фуко, получив на «выходе» 298000 км/сек. Еще более точную методику измерения предложил создатель интерферометра, известный американский физик Альберт Майкельсон.

Почему нельзя двигаться быстрее света

На сегодняшний день в данном вопросе существуют некоторые «подводные камни». Например, почему при обычных условиях константа СРС не может быть преодолена? По принятой теории в этой ситуации будет нарушаться фундаментальный принцип строения нашего мира, а именно — закон причинности. Он утверждает, что следствие по определению не способно опережать свою причину. Образно говоря, не может быть такого, что сначала медведь упадет замертво, а только потом раздастся выстрел охотника, застрелившего его. А вот если СРС превысить, то события должны начать происходить в обратной последовательности. В результате время начнет свой обратный бег.

Часто задаваемые вопросы

1. Как меняется скорость света в разных материалах?

Скорость света различается в разных материалах из-за их показатель преломления, который определяет, насколько замедляется свет при прохождении через материал.

2. Меняет ли скорость свет в разных средах?

Да, свет меняет скорость в разных средах. Скорость света в таких материалах, как стекло или вода, меньше, чем в вакууме.

3. Почему свет меняет скорость в разных средах?

Свет меняет скорость в разных средах из-за взаимодействия между электромагнитными волнами света и атомами или молекулами материала. Это взаимодействие влияет на распространение света, вызывая его замедление.

4. Как меняется скорость света в разных средах?

Скорость света в среде обратно пропорциональна показатель преломления этой среды. Выше показатель преломления значения указывают более медленные скорости света.

5. Как влияет среда на скорость света?

Средний То, через что распространяется свет, влияет на его скорость. Свет распространяется медленнее более плотные среды из-за повышенное взаимодействие с присутствующими атомами или молекулами, что приводит к более низкая скорость.

6. Какие факторы влияют на скорость света в разных веществах?

Основной фактор Влияющее на скорость света в различных веществах является показатель преломления материала. Другие факторы, включают плотность, состав и температуру среды.

7. Как свет распространяется в разных материалах?

Свет проходит через различные материалы, взаимодействуя с присутствующими атомами или молекулами. Он поглощается и переизлучается, вызывая задержку и снижение его общая скорость по сравнению с его скоростью в вакууме.

8. Какая связь между скоростью света и свойствами среды?

Скорость света в среде определяется свойствами этой среды, такими как ее показатель преломления, плотность и состав. Эти свойства влияют на то, насколько замедляется свет при прохождении через материал.

9. Как меняется распространение света в разных веществах?

Распространение света варьируется в разных веществах из-за их различные показатели преломления, показатель преломления определяет скорость и направление света при его прохождении через материал.

10. Как меняется скорость света в разных средах?

Скорость легкие изменения в разных средах на основе их показатели преломления. Высшее показатель преломления значения соответствуют более медленные скорости света, В то время более низкие значения указывать более высокие скорости света.

Достижима ли для нас скорость света?

Очевидно, что освоение дальних уголков Вселенной немыслимо без космических кораблей, летящих с огромной скоростью. Желательно со скоростью света. Но возможно ли такое?

Барьер скорости света – одно из следствий теории относительности. Как известно, увеличение скорости требует увеличения энергии. Скорость света потребует практически бесконечной энергии.

Увы, но законы физики категорически против этого. При скорости космического корабля в 300000 км/сек летящие навстречу ему частицы, к примеру, атомы водорода превращаются в смертельный источник мощнейшего излучения, равного 10000 зивертов/сек. Это примерно то же самое, что оказаться внутри Большого адронного коллайдера.

По мнению ученых Университета Джона Хопкинса, пока в природе не существует адекватной защиты от столь чудовищной космической радиации. Довершит разрушение корабля эрозия от воздействия межзвездной пыли.

Еще одна проблема световой скорости – замедление времени. Старость при этом станет намного более продолжительной. Также подвергнется искривлению зрительное поле, в результате чего траектория движения корабля будет проходить как бы внутри тоннеля, в конце которого экипаж увидит сияющую вспышку. Позади корабля останется абсолютная кромешная тьма.

Так что в ближайшем будущем человечеству придется ограничить свои скоростные «аппетиты» 10 % от скорости света. Это означает, что до ближайшей к Земле звезды – Проксимы Центавра (4,22 св. лет) придется лететь примерно 40 лет.

Влияние среды на скорость света

В среде свет взаимодействует с атомами и молекулами, что приводит к замедлению его распространения. Это происходит из-за эффекта рассеяния и поглощения света элементами среды. Вода, например, имеет более высокую показатель преломления, чем воздух, и поэтому скорость света в воде составляет примерно 225 000 километров в секунду.

Оптически плотные материалы, такие как стекло или кристаллы, могут замедлить скорость света еще больше. Это объясняется более сложным взаимодействием света с атомами и молекулами внутри таких материалов.

Кроме изменения скорости, среда также может изменять направление распространения света. Это наблюдается при явлении преломления света, когда луч света изменяет свое направление при переходе из одной среды в другую с разными показателями преломления.

Влияние среды на скорость света играет важную роль в различных научных и технических областях. Знание скорости света в разных средах позволяет учитывать ее при разработке оптических систем, строительстве световодов и проведении экспериментов в оптике.

Скорость света наглядно

Ученые астрофизики в большинстве случаев лишены возможности проводить полноценные эксперименты в лабораториях, как это делают, например, биологи или химики, ввиду масштабов исследуемых процессов. При этом каждому астроному доступен самый большой полигон, на котором постоянно происходят грандиозные испытания — это вся обозримая Вселенная с квазарами, радиопульсарами, черными дырами и прочими любопытными объектами.

Однако самые интересные астрофизические открытия в наши дни выглядят как малопонятные сложные графики, а публика вынуждена довольствоваться обработанными снимками лишь нескольких инструментов, таких как телескоп имени Хаббла

Тем не менее, официальная наука нынче осознает важность медийной деятельности и всячески пытается визуализировать для обывателя процессы, которые невозможно просто представить в голове

Например, сотрудник NASA Джеймс О’Донохью, продемонстрировал скорость света относительно нашей планеты (упразднив в своих расчетах влияние атмосферы) — луч света облетает Землю 7,5 раз всего за одну секунду, каждый раз преодолевая более 40 тысяч километров.

Расстояние до Луны составляет порядка 384 000 километров (в зависимости от текущего расположения объектов) и для его преодоления фотонам потребуется уже 1,22 секунды.

При передаче данных с Марса на Землю со скоростью света в момент максимального сближения планет придется ждать более шести минут, а при среднем удалении время ожидания затянется до получаса.

При этом от «красной планеты» нас отделяет в среднем 254 миллиона км, зонд New Horizons, к примеру, уже отлетел от Земли на 6,64 миллиарда км, а чтобы добраться до ближайшей планеты не Солнечной системы, необходимо пролететь 39,7 триллиона км.

Что такое скорость света?

В науке скоростью света называют быстроту перемещения лучей в воздушном пространстве или вакууме. Свет – это электромагнитное излучение, которое воспринимает глаз человека. Он способен передвигаться в любой среде, что оказывает прямое влияние на его скорость.

Попытки измерить эту величину предпринимались с давних времен. Ученые античной эпохи полагали, что скорость света является бесконечной. Такое же мнение высказывали и физики XVI–XVII веков, хотя уже тогда некоторые исследователи, такие как Роберт Гук и Галилео Галлилей, допускали конечность солнечных лучей.

Серьезный прорыв в изучении скорости света произошел благодаря датскому астроному Олафу Ремеру, который первым обратил внимание на запаздывание затмения спутника Юпитера Ио по сравнению с первичными расчетами. Что такое скорость передвижения света?

Что такое скорость передвижения света?

Тогда ученый определил примерное значение скорости, равное 220 тысячам метров в секунду. Более точно эту величину сумел вычислить британский астроном Джеймс Бредли, хотя и он слегка ошибся в расчетах.

В дальнейшем попытки рассчитать реальную скорость света предпринимали ученые из разных стран. Однако только в начале 1970-х годов с появлением лазеров и мазеров, имевших стабильную частоту излучения, исследователям удалось сделать точный расчет. А в 1983 году за основу было принято современное значение с корреляцией на относительную погрешность.

Определение скорости света

Скорость света в вакууме составляет примерно 299 792 458 метров в секунду. Это величина, которая олицетворяет максимальную скорость передачи информации во вселенной.

Определение скорости света было выполнено во второй половине 17 века. В 1676 году датский астроном Оле Рёмер впервые попытался дать научное объяснение явлению аберрации света. Он наблюдал орбиту спутника Юпитера, который открывает и закрывает спутники в регулярном порядке. Рёмер заметил, что скорость орбиты спутника изменяется, в зависимости от расстояния между Землей и Юпитером. Он связал это изменение со временем, потребным свету, чтобы пройти это расстояние.

Оле Рёмер провел серию экспериментов и пришел к выводу, что время, которое свету требуется, чтобы пройти расстояние в 1 астрономической единице (приблизительно 150 миллионов километров), составляет около 8 минут и 20 секунд. Это является первым приближенным значением скорости света и стало отправной точкой для дальнейших исследований.

Подтверждение и точное определение скорости света были осуществлены в XIX веке. В 1849 году французский физик Арманд Физо в своих экспериментах использовал вращающееся зеркало и отражение света от зеркального диска. Он сделал точные измерения времени, требуемого свету, чтобы пройти известное расстояние, и получил значение скорости света, близкое к современному.

С тех пор скорость света была измерена и подтверждена множеством экспериментов, и она считается фундаментальной константой природы. Более того, скорость света является верхней границей скорости передачи информации, поэтому описание воздействия настоящего или будущего, где информация передается со скоростью, большей скорости света, является невозможным по нашим текущим физическим представлениям.

Величина	Значение	Размерность
Скорость света в вакууме	299 792 458	м/с

Физические основы

Скорость света в вакууме составляет около 299 792 458 метров в секунду. Эта скорость является фундаментальной константой природы и является максимально возможной скоростью передачи информации во Вселенной.

Скорость света определяется величиной, известной как постоянная Эйнштейна — скоростью, с которой электромагнитные волны распространяются в вакууме.

Кроме того, скорость света в вакууме является постоянной и не зависит от источника света или от наблюдателя. Это означает, что независимо от того, двигается ли источник света или наблюдатель, скорость света в вакууме всегда будет одинаковой.

Особенности скорости света в вакууме придают ей ряд уникальных свойств. Например, она обуславливает эффекты, такие как преломление света при прохождении через различные среды и эффект Доплера, отвечающий за изменение частоты сигнала света, когда источник или наблюдатель движется относительно друг друга.

Интересно, что существует также концепция «скидки на скорость света» в некоторых физических процессах. Например, при движении выше скорости света возникают эффекты, такие как эффект Черенкова, который наблюдается, когда заряженая частица двигается быстрее, чем свет в вакууме, и вызывает излучение видимого света.

Все эти особенности скорости света делают ее уникальной явлением в нашем мире и придают ей важное значение в различных областях науки и технологии

Экспериментальное измерение

Первые эксперименты по измерению скорости света были проведены в 17 веке. Для этого использовались различные методы и инструменты, такие, как полированные зеркала, линзы и фотодетекторы.

Одним из самых известных экспериментов был эксперимент Фуко. В 1849 году Фуко использовал вращающийся зеркальный барабан и лазерное излучение для определения скорости света. Он измерил время, которое требуется для прохождения лазерного импульса через зеркала и получил значение скорости света, близкое к современному известному значению.

С течением времени методы измерения скорости света стали все более точными и усовершенствованными. Современные эксперименты используют лазерные интерферометры и другие современные инструменты для более точного и надежного определения скорости света.

Экспериментальное измерение скорости света является ключевым для нашего понимания физических законов и свойств Вселенной. Измерение скорости света позволяет нам лучше понять структуру времени и пространства, а также исследовать различные аспекты физики, такие, как теория относительности и квантовая механика.

Наши современные знания о скорости света в вакууме основаны на многих поколениях ученых, проводивших эти эксперименты. Их труды и исследования позволили нам получить точное значение этой фундаментальной константы и использовать ее в различных областях науки и технологии.

Электромагнитное взаимодействие

Основными носителями электромагнитного взаимодействия являются фотоны — элементарные частицы, не имеющие массы и заряда. Фотоны являются переносчиками электромагнитных волн и позволяют электрическому и магнитному полю взаимодействовать друг с другом.

Скорость распространения электромагнитных волн в вакууме составляет примерно 299,792,458 метров в секунду, и обозначается символом c. Эта скорость является максимальной скоростью, которую может достичь любой физический объект во Вселенной.

Электромагнитное взаимодействие имеет широкий спектр применений, начиная от электрических цепей и электроники, и заканчивая электромагнитными полями во Вселенной. Оно также играет ключевую роль в области оптики и радио, где электромагнитные волны используются для передачи информации на большие расстояния.

Применение	Описание
Электрические цепи	Используется для передачи и распределения электрической энергии
Оптика	Электромагнитные волны используются для создания и управления светом
Радио	Используется для передачи радио- и телевизионных сигналов
Сотовая связь	Электромагнитные волны позволяют передавать голосовую и данных на большие расстояния

Электромагнитное взаимодействие является основой для понимания многих явлений в физике и имеет огромное практическое значение. Изучение этого взаимодействия позволяет разрабатывать новые технологии и создавать устройства, которые сегодня невозможны представить без использования электромагнитных явлений.

Скорость света в вакууме: определение и значения

Определение скорости света в вакууме было впервые получено в экспериментах, проведенных в 17 веке. Главным вопросом, который интересовал ученых, было то, является ли скорость света бесконечной. Однако, в результате исследований, было установлено, что скорость света ограничена и имеет конкретное значение.

Значение скорости света в вакууме стало важной константой в физике и используется для определения других физических величин. Например, эта скорость является постоянной величиной в законах электродинамики, и ее значение используется для вычислений в этой области

Значение скорости света в вакууме также является фундаментальным для теории относительности, разработанной Альбертом Эйнштейном. В этой теории скорость света в вакууме является верхней границей для скорости передвижения материи и информации.

Изучение скорости света в вакууме имеет важное практическое значение. Например, в области телекоммуникаций это значение используется для определения максимальной скорости передачи данных по оптоволоконным линиям связи

• Скорость света в вакууме – примерно 299 792 458 м/с.
• Она является постоянной величиной.
• Значение скорости света в вакууме используется в физике и телекоммуникациях.
• Это фундаментальная величина в теории относительности.

Прямолинейное распространение света

Закон распространения света:
свет в прозрачной однородной среде распространяется прямолинейно.

Экспериментальным доказательством прямолинейности распространения света является образование тени.

Тень – это область пространства, куда не попадает свет от источника.

Полутень – это область пространства, куда частично попадает свет от источника.

Если источник света точечный, то на экране образуется четкая тень предмета.

Если источник неточечный, то на экране образуется размытая тень (области тени и полутени).

Образованием тени при падении света на непрозрачный предмет объясняются такие явления, как солнечное и лунное затмения.

Что такое скорость звука и от чего она зависит

Звук представляет собой чисто физическое явление, волновые колебания любой материальной среды. Соответственно, звуковые волны могут распространяться только в какой-то среде (в газах, жидкостях, твердых телах или даже в плазме, но никогда в вакууме, т.е. пустоте).

Скорость звуковой волны будет зависеть от физических свойств среды: плотности, температуры и ряда других свойств, наподобие ли других более сложных величин (таких как показатель адиабаты или коэффициент жесткости). Отсюда простой вывод – скорость звука, это величина не постоянная и применимая только к конкретным условиям.

Для простоты, принято считать, что средняя скорость звука равна 1235 км/ч (340 м/с). Но это показатель применим исключительно к воздушной среде и температуре +30 градусов по Цельсию. А вот под водой средняя скорость звука составит целых 5400 км/ч (1500 м/с)!

На первый взгляд это парадокс, но если задуматься, то все становится на свои места: вода плотнее, чем воздух, вот и скорость распространения колебаний в ней выше. Чем более разреженной является среда – тем скорость звука в ней будет ниже, пока не упадет до 0 км/ч в вакууме.

Таким образом, по скорости звука можно делать выводы о расстоянии которое звук прошел если известна плотность среды (по этому принципу работают “радары” дельфинов и летучих мышей) и наоборот, замеряя скорость отраженной звуковой волны и зная расстояние, можно определить физические свойства материала через которое прошел звук. Этот принцип лежит в исследовании недр Земли с помощью подземных взрывов.

А что на других планетах?

Легко предположить, что на Венере, где атмосфера обладает невероятной плотностью, звук будет распространятся гораздо быстрее, чем на Земле. А вот атмосфера Марса, напротив, способствует неспешным разговорам – она очень тонкая и звуковые колебания будут идти гораздо медленнее.

Наглядный пример разницы скорости звука в разных средах

Что быстрее скорости света?

Хотя скорость света является максимально достижимой в вакуумном пространстве, считается, что существуют объекты, которые движутся быстрее.

Астероиды и Земля

На такое способны, к примеру, солнечные зайчики, тень или фазы колебания в волнах. Но с одной оговоркой – даже если они разовьют сверхскорость, энергия и информация будут передаваться в направлении, которое не совпадает направлением их движения.

Что касается прозрачной среды, то на Земле существуют объекты, которые вполне способны двигаться быстрее света. К примеру, если луч, проходящий через стекло, замедляет свою скорость, то электроны не ограничены в быстроте передвижения. Поэтому при прохождении через стеклянные поверхности могут перемещаться быстрее света.

Такое явление называется эффект Вавилова – Черенкова и чаще всего наблюдается в ядерных реакторах.

Построение изображений в линзах

Для построения изображения в линзах следует помнить:

1. луч, идущий вдоль главной оптической оси линзы, не преломляется;
2. луч, проходящий через оптический центр линзы, не преломляется;
3. луч, падающий на собирающую линзу параллельно главной оптической оси, после преломления пройдет через фокус линзы;
4. луч, падающий на рассеивающую линзу параллельно главной оптической оси, преломится так, что его мнимое продолжение пройдет через фокус линзы, а сам луч – противоположно мнимому продолжению;
5. луч, падающий на собирающую линзу через фокус, после преломления пройдет параллельно главной оптической оси линзы;
6. произвольный луч после преломления в собирающей линзе пойдет через побочный фокус (точку фокальной плоскости, в которой ее пересечет параллельная произвольному лучу побочная оптическая ось);
7. произвольный луч, падающий на рассеивающую линзу, преломится так, что его мнимое продолжение пройдет через точку, в которой пересечет фокальную плоскость линзы побочная оптическая ось, параллельная произвольному лучу.

Изображение, даваемое тонкой линзой, может быть действительным или мнимым.

Действительное изображение получается в результате пересечения преломленных в линзе лучей, исходящих из данной точки.

Мнимое изображение получается в результате пересечения продолжений преломленных в линзе лучей, исходящих из данной точки.

Построение изображений точки, даваемых собирающей линзой

Если точка находится за двойным фокусом линзы, то ее действительное изображение получается между фокусом и двойным фокусом по другую сторону от линзы.

Если точка находится в двойном фокусе линзы, то его действительное изображение получается в двойном фокусе по другую сторону от линзы.

Если точка находится между фокусом и двойным фокусом линзы, то его действительное изображение получается за двойным фокусом по другую сторону от линзы.

Если точка находится в фокусе линзы, то его изображение находится в бесконечности.

Если точка находится между линзой и фокусом, то его мнимое изображение получается по ту же сторону от линзы.

Построение изображений предмета, даваемых собирающей линзой

Если предмет находится за двойным фокусом линзы, то его изображение получается действительным, перевернутым, уменьшенным, по другую сторону от линзы.

Если предмет находится в двойном фокусе линзы, то его изображение получается действительным, перевернутым, равным по размерам предмету, в двойном фокусе по другую сторону от линзы.

Если предмет находится между фокусом и двойным фокусом линзы, то его изображение получается действительным, перевернутым, увеличенным, по другую сторону от линзы.

Если предмет находится в фокусе линзы, то его изображение находится в бесконечности.

Если предмет находится между линзой и фокусом, то его изображение получается мнимым, прямым, увеличенным, по ту же сторону от линзы.

Построение изображений точки, даваемых рассеивающей линзой

В рассеивающей линзе изображение точки всегда получается мнимым, по ту же сторону от линзы.

Построение изображений предмета, даваемых рассеивающей линзой

Изображение предмета в рассеивающей линзе всегда получается мнимым, прямым, уменьшенным, по ту же сторону от линзы.

Важно!
При решении задач на прохождение световых лучей сквозь линзы и получение изображений в них прежде всего выясните, о какой линзе идет речь: собирающей или рассеивающей. Обязательно сделайте чертеж, на котором соответствующими буквами укажите все основные расстояния: расстояние от предмета до линзы, расстояние от линзы до изображения, фокусное расстояние

Также обязательно укажите оптический центр линзы и оба фокуса по разные стороны от линзы.

При построении изображения следует заранее выучить, каким оно должно быть при соответствующем расположении предмета относительно линзы и где находиться (действительным или мнимым, увеличенным или уменьшенным, прямым или обратным). В противном случае при неверном построении, когда вы чуть-чуть искривите луч или он пойдет неточно через фокус или центр, изображение может оказаться не там, где надо, или вместо увеличенного уменьшенным, и тогда в решении появится ошибка.