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老狗啃物理8A。31(光速)

  狗子:哇!下雨了!有闪电!打雷了!
  老子:今天的雷阵雨预报真的很准啊!你知道为什么雷雨天,我们总是先看到闪电,再听到雷声?
  狗子:嗯因为眼睛长在耳朵前面?
  老子:你就是侧着耳朵,也是后听到雷声啊〔笑哭〕。
  真正的原因是光速快于声速。
  狗子:声速我是知道的。光速,我倒是从来没想过。
  老子:的确如此。因为光速太快了,快到我们都感觉不到它的传播速度。
  要不是天文学家喜欢观察星星,估计人类都想不到测光速。
  狗子:还和天文学家有关系?
  老子:真有关系。
  1676年,丹麦天文学家罗默(16441710)在观察木星的卫星时发现,木星每隔一定周期会出现一次卫星蚀,而且连续两次卫星蚀相隔的时间不一样:
  当地球背离木星运动时,要比地球迎向木星运动时要长一些。
  这个时间上的差别,他认为是木星的卫星发出的光走得距离不一样。
  这个距离差就是地球的直径。
  然后他根据地球直径和两次卫星蚀的时间差,算出光的速度。
  狗子:那算出来光速是多少?
  老子:因为那个时候,对地球直径的估算并不准确,所以算出来的光速也不准确。
  不过结果是多少不重要,重要的是他的这一发现让人们意识到光是有速度的。
  而我们日常生活的范围,和目之所及的距离,对于光来讲,都太近了,所以感觉不到光需要时间传播。
  广阔的宇宙空间,提供了测量光速所需要的足够大的距离。
  狗子:既然那次计算的结果不准确,后来又是怎么测出光速的呢?
  老子:在物理学发展史上,最早提出测量光速的是意大利物理学家伽利略。
  1607年他实施了测量光速的掩灯方案:
  让两个观察者爬上相距甚远的两个山头,各执一盏能遮闭的灯。
  观察者A打开灯光,经过一定时间后,光到达观察者B。
  B立即打开自己的灯光,过了某一时间后,此信号回到A。
  A从开灯到灯光返回的时间间隔为t,两观察者的距离为S,则光的速度为:
  c2St
  尽管这个思路是对的,但这个距离对光速而言还是太短了。加上两个观察者还有反应的时间,所以光真正行进的时间间隔,一定是比他们记录的要少的。
  结果测速失败,但这种测量原理,长远地保留在后来的一切测定光速的实验方法之中。
  光速比较精确值是在20世纪70年代用高精度激光方法测得的。
  真空中的光速是一个重要的物理常量c,c299792458ms。一般近似取300000kms。
  狗子:每秒能够前进大约30万公里!这是有多快啊?!
  老子:这样理解吧地球赤道的半径是6378。1公里,以光速绕行赤道,每秒可以绕将近7。5圈!
  狗子:地球还真是有点小,不够光溜达的啊。
  老子:所以,光就从太阳溜达到地球上来了啊。
  由于星球之间的距离太远,已经不是我们常用的公里这种单位方便描述的,所以对于这种星际间的超大距离,有一个专用的长度单位叫光年。
  狗子:光年什么意思?
  老子:光年,就是光在真空中传播一年所经过的距离。
  光速299792458米秒
  1年31556925。9747秒
  1光年光速1年
  9460528404879。3588126千米
  狗子:我现在终于明白天文数字是什么意思了!
  老子:别以为这单位很大,从太阳系到银河系中心,以光速前进需要2。6万年的时间才能到达。
  从银河系盘面的边缘到达另一边缘,光至少需要走10万年的时间。
  狗子:好吧,我现在都嫌光走得慢了!
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