Горизонты техники для детей, 1963 №12 (19)

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.

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.

Поставим наш фонарик на середину листа бумаги и обведен карандашом контуры стеклянной поверхности фонарика. Из середины полученного таким образом круга проведем две перпендикулярных прямых, на которые нанесем сантиметровую шкалу, как это показано на рисунке.

Зажигаем фонарик и держим его точно над точкой пересечения двух перпендикулярных прямых. Свет упадет на бумагу в виде круга с центром в крестике. По шкале легко установим радиус освещенного круга. Повторим это же самое несколько раз, располагая фонарик на расстоянии 2 см, 3 см и 4 см от листа бумаги, и каждый раз будем записывать радиус освещенного круга.

Мы заметим, что чем больше поверхность круглого светового пятна, тем меньше его яркость. Это совершенно понятно, так как одинаковое количество света лам почки фонарика освещает большую поверхность пятна.

Зная радиус фонарика, легко подсчитать поверхность круга. Вы убедитесь, что двукратное увеличение расстояния фонарика от листа бумаги (например, от 1 см до 2 см) вызывает четырехкратное увеличение поверхности светового круга, трехкратное увеличение расстояния — девятикратное увеличение поверхности освещенного круга. Физики говорят, что освещаемая поверхность возрастает как квадрат расстояния от неё до источника освещения (2 2= 4, З 2= 9 и т. д.).