Viteza luminii Tot ce trebuie să știți!
28 iunie 2017 ∙ 8 minute timp de citire
Memento-uri: lumina
Lumina este o undă electromagnetică, formată dintr-un câmp magnetic și un câmp electric oscilând perpendicular între ele într-un plan perpendicular pe direcția de propagare a undei luminoase. În vid, lumina călătorește în linie dreaptă la viteza luminii notată c.
Viteza luminii în vid
Valoare exacta
Valoarea exactă a vitezei luminii a fost stabilită în 1983 de Biroul de greutăți și măsuri la: c = 299 792 458 m/s sau c = 2,99792458 x 10 8 m/s, folosind unitățile sistemului internațional.
Poate fi exprimat și în kilometri pe oră înmulțind valoarea în m/s cu 3,6: c = 1 079 252 848,8 km/h sau c = 1,0792528488 x 10 9 km/h .
Această valoare, care reprezintă o constantă fundamentală în fizică, poate fi utilizată pentru calcule care necesită o precizie ridicată. De asemenea, este utilizat pentru a defini contorul în sistemul internațional de unități: un metru corespunde lungimii parcurse în vid de lumină într-o perioadă de 1/299 792 458 secunde.
Valoare aproximativă
Pentru calcule mai frecvente, folosim o valoare aproximativă în metri pe secundă: c = 3,00 x 10 8 m/s sau în kilometri pe oră: c = 1,08 x 10 9 km/h .
Aceste valori au fiecare 3 cifre semnificative și sunt suficient de precise pentru majoritatea calculelor care implică viteza luminii.
Un mic memento istoric asupra vitezei luminii
Primele concepții referitoare la lumină presupun că aceasta poate fi prezentă într-un spațiu sau absentă: lumina ar fi deci instantanee.
Galileo nu s-a pronunțat doar asupra formei planetei Pământ !
Noțiunea de propagare în spațiu și, prin urmare, de viteză, nu sunt atunci prezente.
Invarianța vitezei luminii în vid
În mecanica clasică, orice viteză depinde de cadrul de referință ales.
Cu toate acestea, acest lucru nu este cazul luminii (și al radiației electromagnetice în general): viteza sa este invariantă. Aceasta înseamnă că o lumină se propagă cu aceeași viteză (c în vid) pentru un observator nemișcat față de sursa sa sau pentru un observator în mișcare. Dimpotrivă, viteza unei unde sonore măsurată de un observator depinde de viteza cu care aceasta se mișcă în raport cu sursa sunetului.
Un test modern al invarianței viteza luminii a fost realizat în 1964 de echipa Alväger, un fizician suedez, în cadrul Sincrotronului de protoni al CERN (Organizația Europeană pentru Cercetare Nucleară). Acest test, bazat pe tehnica timpului de zbor, a constat în măsurarea vitezei razelor γ provenite din decăderea particulelor numite pioni neutri π 0, care produc fotoni prin degradare.
Invarianța vitezei luminii constituie postulatul de bază al relativitatea specială stabilită de Albert Einstein la începutul secolului XX. Viteza de propagare a luminii în vid este invariabilă indiferent de frecvența undei luminoase și oricare ar fi cadrul de referință galilean considerat.
Influența mediului de propagare
Viteza luminii în materie
În majoritatea materialelor transparente, lumina se deplasează cu o viteză mai mică decât un vid: este grabă apoi depinde de natura chimică a mediului, de densitatea acestuia, de concentrația sa (pentru soluții), dar și de anumite mărimi fizice precum:
- temperatura,
- presiune
- sau lungimea de undă a radiației luate în considerare.
Diferitele medii transparente se caracterizează prin indicele lor de refracție (notat n). Acest indice fără unități este întotdeauna mai mare de 1, deoarece considerăm că pentru vid n = 1 și permite să găsim la ce viteză se propagă lumina într-un mediu dat. Într-adevăr, indicele de refracție (n) al unui mediu este definit ca raportul dintre viteza de propagare a luminii în vid (c) de viteza de propagare în acest mediu (v), adică
| Indicele de refracție (n) | 1,00 | 1,33 | 1,50 | 2.42 |
| Viteza (c) | 3,00 x 10 ^ 8 m/s | 2,25 x 10 ^ 8 m/s | 2,00 x 10 ^ 8 m/s | 1,24 x 10 ^ 8 m/s |