Решение: Неудача опытов Галилея
Статья к заданиюИсторические опыты по определению скорости света и звука
Прочитайте текст и выполните задания.
Исторические опыты по определению скорости света и звука
В 1607 г. Галилео Галилей впервые в истории физики предпринял попытку определить скорость света с помощью следующего опыта: два наблюдателя (А и В), снабжённые закрывающимися фонарями, расходились на большое расстояние D друг от друга (рисунок 1). Наблюдатель А открывал свой фонарь, и свет через некоторый промежуток времени доходил до наблюдателя В, который в тот же момент открывал свой фонарь. Когда второй сигнал доходил обратно до наблюдателя А, тот отмечал время τ, протёкшее от момента подачи им сигнала до момента его возвращения. Тогда скорость света c можно было бы рассчитать по формуле:
c = 2D/τ.
Рисунок 1
Однако опыты Галилея оказались неудачными и не позволили определить скорость света.
Похожую схему опыта применил в 1630 г. французский учёный М. Марсенн для определения скорости звука в воздухе. Марсенн поставил на определённом расстоянии D двух человек. Один выстрелил из мушкета (огнестрельного оружия), а другой отметил время τ, прошедшее между вспышкой от выстрела и долетевшим до него звуком. Поделив расстояние на время, Марсенн нашёл, что скорость звука υ равна 230 туазам в секунду, что соответствует 448 метрам в секунду. Опыты Марсенна оказались неточными (скорость звука в воздухе на самом деле составляет примерно 330 м/с), но впервые позволили оценить порядок величины для скорости звука.
Используя приведённый материал об исторических опытах по определению скорости света и звука, объясните, измерение какой физической величины — расстояния или времени — обрекло опыты Галилея на неудачу.
Решение по шагам
3 шагаДля определения скорости света Галилею нужно было измерить расстояние между наблюдателями и время прохождения светового сигнала туда и обратно.
$$c = \dfrac{2D}{\tau}$$Расстояние $D$ можно было измерить с приемлемой точностью, однако свет распространяется с очень большой скоростью, поэтому время $\tau$ при доступных расстояниях было чрезвычайно малым.
$$\tau = \dfrac{2D}{c}$$Погрешность, связанная с реакцией наблюдателя и несовершенством средств измерения времени, была намного больше самого времени прохождения светового сигнала. Поэтому измерить время распространения света не удалось.
Опыты Галилея оказались неудачными из-за измерения времени: время прохождения света было слишком мало, поэтому его нельзя было измерить с необходимой точностью. Расстояние между наблюдателями измерить было возможно.
Этот ответ получен в разборе, но не сверен с официальным ключом из банка — проверьте выкладки, прежде чем заучивать результат.
Где здесь ошибаются
Указывать, что причиной неудачи было измерение расстояния.
Не объяснять связь между большой скоростью света и малым измеряемым временем.
Считать, что измерялось время только в одном направлении, хотя в опыте учитывался путь туда и обратно.