La velocitat de la llumCarolina Middel, Maria Casas i Francesc Net

Què és la velocitat de la llum?

El valor de la velocitat de la llum és representa amb la lletra C. El seu valor és exctament 299.792.458 m/s. Aquestes partícules i ones viatgen a c (com per exemple les ones del microones), independentment del moviment de la font (si tenim un noi apuntant amb una llanterna amb velocitat 0 i un altre a sobre d’una bici amb velocitat més gran que 0 la llum arriba al mateix punt, ja que c és constant). En la teoria de la relativitat, c interrelaciona l'espai i el temps, i també apareix en la famosa equació d'equivalència massa-energia.

E = mc2

Variació de la velocitat de la llum segons l’índex de refracció del material

V llum pels medis transparents (vidre o l'aire) és menor que c. (Velocitat de la llum al buit).

La relació entre c i la velocitat v a la qual viatja la llum a través d'un material s'anomena l'índex de refracció n del material (n = c / v).

Variació de la velocitat de la llum segons l’índex de refracció del material

v1 NO= que v2

Perquè: nVidre = 1,5 (aprox.) = 200.000km/s aprox.

nAire = 1 (aprox.) = 300.000km/s aprox.

Per tant, podem dir que la velocitat de la lum a l’aire es 88km/s més lenta que c

Variació de la velocitat de la llum

Segons la relativitat especial, la velocitat de la llum té el mateix valor en tots els sistemes de referència inercials. Això vol dir que: Si tu vas amb el tren i apuntes amb un làser, la velocitat de la llum no serà v+Velocitat que portes amb el tren, sinò què serà v.

Evolució i teories de la velocitat de la llumData Investigador Pais Velocitat (km/s)

1676 (1)Römer

França

214.00

1729 (2)Bradley Regne Unit

301.000

1849 (4)Fizeau França

313.300

1862 (5)Foucault França

293.000

1876 Cornu França

299.990

1880 (6)Michelson EE.UU.

299.910

1883 Newcomb Regne Unit

299.860

1906 Rosa y Dorsey EE.UU.

299.781

1923 Mercier França

299.782

1926 (6)Michelson EE.UU.

299.796

1940 Huettel Alemanya

299.768

1950 Bergstrand Suecia

299.792,7

1950 Essen Regne Unit

299.792,5

1951 Aslakson EE.UU.

299.794,2

1952 Froome Regne Unit

299.792,6

1956

1958

Edge

Froome

Suecia

Regne Unit

299.792,9

299.792,5

Fòrmules

c = λ * v c = velocitat de la llum

λ = longitud de la ona

v = freqüència d’oscil·lació de la ona electromagnètica (és el número de ones que es produeixen en un segon)

En aquesta fòrmula es pot observar que si c és constant i la longitud de la ona disminueix la freqüència d’oscil·lació és més petita, llavors es pot concloure que les ones amb gran longitud es produeixen menys vegades per segon, tenen menys freqüència i les de petita longitud es repeteixen més vegades per segon.

Què passaria si arribéssim a la velocitat de la llum?Suposant que viatgem amb un cotxe per l’autopista a 100km/h on aquests 100=Velocitat de la llum

Es produeix una compactació, més massa i el temps transcorre més lent. Tot això suposant que mentre que anem amb cotxe estiguessim a prop de “arribar a la velocitat de la llum”.

Passa a:

Curiositats (1)La velocitat de la llum i el temps: ELS LLAMPS

Com és evident, quan hi ha tempesta i hi ha llamps, nosaltres veiem abans la llum ja que la llum viatja a 300.000.000m/s i llavors després escoltem el so del tro, que viatja a 340m/s.

Curiositats (2)

7,5 voltes en 1 segon

Sabies que?

● La llum fa 7,5 voltes a la Terra en un segon: Degut a la seva velocitat, 300.000km/s, en un segon la llum recorre 7,5 voltes al globus terraqui, ja que una volta a la terra són 40.000km llavors 300.000km/s : 40.000km són 7,5 voltes en un segon. Això podriem calcular-ho també amb la distància del sol.

Curiositats (3)

La lluna orbita a 384.400 de la lluna per tant quan mirem la lluna, la veiem com estava 1,3 segons abans: En Neil Amstrong quan estava a la Lluna i parlava amb la gent que estava a la Terra, tardaven 1,3 segons en escoltar-lo.

Curiositats (4)

Si viatgéssim a la velocitat de la llum , el temps és dilataria per els observadors, i la nostra visió es transformaria en un petit túnel.

Experimentació: Ole Roemer (1644-1710)

Va ser el primer a mesurar la velocitat de la llum l’any 1676. Va detectar que el temps entre els eclipsis del satèl·lit i de Júpiter era menor quan la distància a la Terra decreixia, i al revés.

https://www.youtube.com/watch?v=XNJw0B1o8cQ

Experimentació: James Bradley

A l’any 1728 James Bradley va estudiar la velocitat observant les dispersions de les estrelles. Va obtenir un valor de 301.000km/s.

Experimentació: James Bradley

Suposem un dia sense vent a dintre un cotxe. La pluja cau i nosaltres observem que cau en direcció perpendicular al terra. En canvi, en moviment, les trajectòries aparents de la pluja s’aniràn inclinant respecte a la nostra vertical. Mentre més velocitat, l’angle serà més pronunciat. Amb aquesta explicació, podem dir que el comportament de la llum és semblant al de la gota d’aigua.

Experimentació: James Bradley

D’aquí la fòrmula: tg Φ = velocitat de la Terra / velocitat de la llum. Tot seguit passem a la demostració del experiment:V terra = 2*pi*R = 942,5 M de km/Any942,5 M de km/Any:365 dies = 2,58 M km/dia2,58 M km : 86400s (1Dia) = 30km/sLlavors amb la calculadora obtenim la tangent de 2”. =0,000009696. Substituïm i el resultat és 309.397km/s, una aproximació bastant bona per aquella època.

Experimentació: Galileu (1564-1642)

El seu experiment consistia en què dues persones prenen un llum amb reixetes i es col·loquen al cim de dues muntanyes diferents. Una obria la reixa del seu llum i l'altra havia d'obrir la seva tan aviat com veiés la llum del llum del primer.

Experimentació: Galileu

La finalitat que volia obtenir era calcular quant de temps hauria passat abans que es veiés la llum de la altre muntanya. La velocitat de la llum és tan elevada que és impossible detectar-la mitjançant un experiment d'aquest tipus.

Situació de l’experiment

Experimentació: Armand Fizeau

Armand Fizeau va ser uns dels físics més importants del segle XIX famós per les seves investigacions sobre la llum i les ones electromagnètiques.

3,15 → 315.000.000 m/s

Experimentació: Leon Foucault

Leon Foucault (1859-1868) al 1850 , va obtenir un valor de 298.000 km/s utilitzant miralls en rotació, enfocant amb una llum. L’ experiment consisteix en un mirall que gira a gran velocitat.

Experimentació: Leon Foucault

El raig de llum produït per la font S es reflexa en el mirall giratori M i continua fins el mirall P. Aquest és l’esquema. En aquest cas no explicarem la matemàtica de l’experiment ja que fa servir fonaments d’òptica que encara no hem treballat.

Experimentació: Albert Abraham Michelsonhttps://www.youtube.com/watch?v=LhU29i1M6IM

Amb aquest experiment, el que va descobrir en Abraham Michelson és que no es sumen velocitats a la velocitat de la llum. L’experiment tracta d’observar un patró d’interferències amb un interferòmetre creat pels autors. Aquests fiquen l’aparell en sentit de la translació de la terra i perpendicular. (es pot observar que els resultats són els mateixos, no hi ha variació de velocitat)

Experimentació: Froome

En 1958, Froome va arribar al valor de 299792.5 km/s, mitjançant un interferòmetre de microones i una cel·la Kerr.