Горизонты техники для детей, 1963 №12 (19) - [5]
Мы, изучающие физику, без большого труда ответим, 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 ею 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, и я не случайно её вам рассказал. Приключение с загадочными часами поможет нам 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, движение, то есть изменение расстояния 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 Луне-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 впервые определил Ромер.
Посмотрите на рисунок. Когда Земля находится в точке Р своей орбиты, свет Луны Юпитера преодолевает до Земли самое короткое из всех возможных расстояние, в то время, как в положении, обозначенном буквой R, 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 следует от точки Р к точке R (1-ое полугодие), затмения систематически опаздывают, а когда Земля приближается к источнику света, то есть следует от точки R к точке Р (второе полугодие), 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.
Наш физический кабинет
Проделаем простейший, но очень интересный опыт при помощи листа белой бумаги и карманного фонарика. Давайте исследуем, как изменяется освещенность, если источник света отдалять от освещаемой поверхности.
