Mar a nì thu obrachadh a-mach foirmle astar an t-solais

Ag obrachadh a-mach am foirmle luaths den t-solas ’S e pròiseas a th’ ann bunaiteach taobh a-staigh raon saidheansail, gu sònraichte ann am fiosaig. Tha luach seasmhach agus caochlaideach aig a’ sheasmhach mhòr seo ann am falamh, ach feumaidh a dhearbhadh mionaideach pròiseas teann agus mionaideach. San artaigil seo, nì sinn sgrùdadh mionaideach air na ceumannan a dh ’fheumar gus foirmle astar an t-solais obrachadh a-mach, a’ beachdachadh air feartan bunaiteach an t-solais agus na co-aontaran buntainneach. Bhon tomhas deuchainneach gu na foirmlean teòiridheach a tha na lùib, nì sinn sgrùdadh gu reusanta agus gu teicnigeach air a’ mhodh-obrach a tha riatanach gus dearbh luach a’ sheasmhachd bhunaiteach seo fhaighinn. Dèan deiseil airson tòiseachadh air turas saidheansail inntinneach a dh’ ionnsaigh obrachadh a-mach na foirmle airson astar an t-solais.

1. Ro-ràdh don fhoirmle astar solais

Is e am foirmle airson astar solais aon de na bun-bheachdan bunaiteach air fiosaig. Tha e na luach seasmhach ann am falamh agus tha e air leth cudromach ann an iomadh meur de shaidheans agus teicneòlas. Dh'atharraich an lorg seo ar tuigse air an t-saoghal agus tha e air leantainn gu adhartasan cudromach ann an teòiridh càirdeas agus fiosaig cuantamach.

Gus foirmle astar solais a thuigsinn, tha e deatamach tuigsinn a mhìneachadh agus mar a tha e air a thoirt a-mach. Gu bunaiteach, tha astar an t-solais (c) air a mhìneachadh mar an astar a bhios solas a’ siubhal anns an aonad de thìde. Tha am foirmle seo air a chuir an cèill gu matamataigeach mar c = λν, far a bheil λ a’ riochdachadh an tonn-tonn agus is e ν am tricead. Tha e cudromach cuimhneachadh gu bheil luach tuairmseach de 299,792,458 meatairean gach diog aig astar an t-solais ann am falamh.

Is e eisimpleir practaigeach airson an fhoirmle seo a thuigsinn nas fheàrr a bhith a’ beachdachadh air an t-solas a bhios rionnag fad às a’ sgaoileadh. Mar a bhios solas a’ siubhal tron ​​​​fhànais, faodaidh an tonn-tonn aige atharrachadh air sgàth buaidh Doppler agus leudachadh na cruinne. Le bhith a’ dèanamh anailis air an eadar-dhealachadh seo ann an tonn-tonn, faodaidh luchd-saidheans faighinn a-mach dè an astar aig a bheil an rionnag a’ gluasad air falbh no a’ tighinn faisg. Bheir seo seachad fiosrachadh luachmhor airson sgrùdadh a dhèanamh air cruthachadh agus mean-fhàs na cruinne.

2. Bun-bheachdan bunaiteach mu astar an t-solais

Tha astar an t-solais na bhunait bhunaiteach ann am fiosaig aig a bheil àite deatamach nar tuigse air a’ chruinne-cè. Tha a luach air a dhearbhadh aig 299,792,458 meatairean gach diog ann am falamh, agus is e an astar teòiridheach as àirde aig am faod nì no fiosrachadh siubhal. Gus astar an t-solais a thuigsinn gu ceart, tha e cudromach cuimhneachadh air cuid de bhun-bheachdan bunaiteach.

An toiseach, tha e riatanach tuigsinn gu bheil solas a 'sgaoileadh ann an cruth tonnan electromagnetic. Tha na tonnan sin air an dèanamh suas de raointean dealain is magnetach, a tha a’ oscillate perpendicular ri chèile agus a tha ceart-cheàrnach ri stiùireadh iomadachaidh. Faodaidh solas siubhal an dà chuid ann am falamh agus tro mheadhanan stuthan, leithid èadhar no uisge, ged a tha an astar aige air a lughdachadh anns na meadhanan sin mar thoradh air eadar-obrachadh le gràineanan meadhain.

Is e bun-bheachd cudromach eile a tha ann an càirdeas sònraichte, a mhol Albert Einstein ann an 1905. A rèir an teòiridh seo, tha astar an t-solais seasmhach don h-uile neach-amhairc, ge bith dè an astar a tha eatorra. Tha seo a’ ciallachadh nach eil ùine agus àite iomlan, ach an urra ris an neach-amhairc. A bharrachd air an sin, àrdachadh ann an luaths de nì Bidh gluasad a’ fàs nas duilghe leis gu bheil e a’ dlùthachadh ri astar an t-solais, a’ leantainn gu buaidhean leithid dilation ùine agus giorrachadh faid.

3. Tomhas air astar an t-solais ann an suidheachaidhean freagarrach

4. Factaran a bheir buaidh air astar an t-solais ann am meadhan

Faodaidh diofar fhactaran buaidh a thoirt air astar an t-solais ann am meadhan a dh’ fheumar a thoirt fa-near nuair a bhios tu a ’dèanamh seòrsa sam bith de àireamhachadh no deuchainn. Is e aon de na factaran as cudromaiche clàr-amais ath-bheòthail a’ mheadhan, a tha a’ dearbhadh mar a bhios astar an t-solais a’ slaodadh sìos no a’ luathachadh mar a thèid e troimhe. Tha an clàr-amais refractive an urra ri co-dhèanamh agus structar a’ mheadhan, agus faodaidh e atharrachadh gu mòr eadar diofar stuthan.

Is e feart eile a bheir buaidh air astar solais ann am meadhan teòthachd. Mar a bhios teòthachd a’ mheadhan ag àrdachadh, bidh na gràineanan a tha ga dhèanamh suas a’ gluasad nas luaithe, a dh’ adhbhraicheas àrdachadh ann an dùmhlachd a’ mheadhan agus, mar sin, lùghdachadh ann an astar an t-solais. Air an làimh eile, le bhith a 'lùghdachadh teòthachd a' mheadhan, faodar astar an t-solais àrdachadh.

A bharrachd air an sin, faodaidh cuideam buaidh a thoirt air astar solais ann am meadhan. Mar a bhios an cuideam ag àrdachadh, bidh na moileciuilean no na mìrean den mheadhan a’ teannachadh agus a’ gluasad nas fhaisge air a chèile. Tha seo ag adhbhrachadh gun lughdaich astar gluasad solais, leis gu bheil na gràineanan nas fhaisge agus gu bheil barrachd eadar-obrachaidhean gan cruthachadh eatorra. Air an làimh eile, mar a bhios an cuideam a’ dol sìos, bidh na mìrean a’ sgaradh agus faodaidh astar an t-solais àrdachadh.

5. Dòighean airson astar an t-solais obrachadh a-mach ann am meadhan sònraichte

Tha grunnan ann. Is e aon de na dòighean as cumanta a bhith a’ cleachdadh an dàimh eadar astar an t-solais ann am falamh agus astar an t-solais sa mheadhan sin.

Gus astar an t-solais obrachadh a-mach ann am meadhan sònraichte, faodaidh tu am foirmle v = c/n a chleachdadh, far a bheil v mar astar an t-solais sa mheadhan, is e c astar an t-solais ann am falamh, agus is e n an clàr-amais ath-dhealbhachaidh den mheadhan. Tha an clàr-amais refractive na thomhas den astar aig a bheil solas a’ gluasad ann am meadhan an taca ris an astar aige ann am falamh.

Gus an àireamhachadh seo a dhèanamh, tha e cudromach fios a bhith agad air luach clàr-amais ath-tharraing a’ mheadhan anns a bheil thu airson astar an t-solais obrachadh a-mach. Faodaidh an luach seo atharrachadh a rèir am meadhan, mar sin a tha riatanach thoir sùil air clàran fiosrachaidh no rannsaich stòran earbsach. Aon uair ‘s gu bheil fios air luach a’ chlàr-amais ath-tharraingeach, faodar a chuir a-steach don fhoirmle agus faodar astar an t-solais sa mheadhan sònraichte obrachadh a-mach.

6. Cur an gnìomh foirmle astar an t-solais ann an optics

Gus foirmle astar an t-solais a chuir an sàs ann an optics, feumar aire a thoirt do ghrunn thaobhan bunaiteach. An toiseach, tha e cudromach cuimhneachadh gu bheil astar an t-solais ann am falamh - seasmhach uile-choitcheann a tha air a riochdachadh leis an litir "c", le luach tuairmseach de 299.792 cilemeatair san diog. Tha am fiosrachadh seo riatanach gus àireamhachadh sam bith co-cheangailte ri iomadachadh solais a leasachadh.

Is e aon de na cleachdaidhean as cumanta air foirmle luaths an t-solais ann an optics a bhith a’ cunntadh clàr-amais ath-bheòthail meadhan. Tha an clàr-amais refractive, air a riochdachadh leis an litir “n”, na thomhas den astar aig a bheil solas a’ gluasad ann am meadhan an taca ris an astar ann am falamh. Faodar a thomhas a’ cleachdadh na foirmle n = c/v, far a bheil “v” a’ riochdachadh astar an t-solais sa mheadhan sin. Faodaidh an àireamhachadh seo a bhith feumail ann an raon farsaing de shuidheachaidhean, bho bhith a’ dearbhadh na tha de chlaonadh ann an gath solais fhad ‘s a thèid e tro phriosma, gu dealbhadh lionsan agus innealan optigeach.

Tha grunn dhòighean agus innealan rim faighinn gus foirmle astar solais a chuir an sàs ann an optics. gu h-èifeachdach. Is e aon roghainn simuladairean no àireamhairean air-loidhne a chleachdadh a leigeas leat na luachan co-fhreagarrach a chuir a-steach agus an àireamhachadh a dhèanamh gu fèin-ghluasadach. A bharrachd air an sin, tha beairteas de ghoireasan foghlaim ann an cruth clasaichean oideachaidh agus eisimpleirean practaigeach rim faighinn air-loidhne. Faodaidh na goireasan sin a bhith glè fheumail airson tuigse nas fheàrr fhaighinn air bun-bheachdan teòiridheach agus an cleachdadh ann an duilgheadasan san t-saoghal fhìor.

7. Obraich a-mach astar an t-solais a' cleachdadh dòighean deuchainneach

Is e pròiseas iom-fhillte ach inntinneach a th’ ann a bhith ag obrachadh a-mach astar an t-solais a’ cleachdadh dhòighean deuchainneach. Ri taobh eachdraidh, tha luchd-saidheans air diofar dhòighean a dhealbhadh gus astar an t-solais a dhearbhadh gu mionaideach. Gu h-ìosal tha stiùireadh ceum air cheum airson an astar seo obrachadh a-mach:

1. Modh sgàthan rothlach: Bidh an dòigh seo a ’cleachdadh sgàthan a bhios a’ cuairteachadh aig astar cunbhalach. Tha stòr solais air a chuir aig astar aithnichte bhon sgàthan seo, gus am bi an solas a tha air a nochdadh a’ tilleadh chun àite tòiseachaidh. Le bhith a’ tomhas na h-ùine a bheir e airson solas a bhith a’ siubhal an astar aithnichte, agus le eòlas air luaths ceàrnach an sgàthan, faodar astar an t-solais obrachadh a-mach leis an fhoirmle V = ω * d, far a bheil V mar astar an t-solais, is e ω an is e luaths ceàrnach an sgàthan agus d an astar aithnichte.

2. Modh Fizeau: Anns an dòigh seo, thathas a ’cleachdadh cuibhle gèar a tha a’ tionndadh aig astar aithnichte agus air a chuir ann an slighe beam solais. Tha an solas seo air a nochdadh far sgàthan agus a’ tilleadh tro na beàrnan eadar fiaclan na cuibhle chun neach-amhairc. Le bhith a’ tomhas a’ cheàrn eadar an tachartas agus ghathan solais a tha a’ tighinn am bàrr agus le fios air luaths ceàrnach na cuibhle, faodar astar an t-solais obrachadh a-mach le bhith a’ cleachdadh na foirmle V = N * λ * f, far a bheil V mar astar an t-solais, is e N an an àireamh de fhiaclan air a’ chuibhle, is e λ tonn-tonn an t-solais agus is e f tricead cuairteachaidh na cuibhle.

Ann an co-dhùnadh, tha foirmle astar solais na inneal cumhachdach airson a bhith a’ tuigsinn agus a’ tomhas iomadachadh solais ann am falamh. Tro bhith ag obrachadh a-mach, tha sinn air sgrùdadh a dhèanamh air na diofar tuairmsean agus co-aontaran a tha an lùib a’ cho-aontar bhunaiteach seo. Tha adhartasan saidheansail agus teicneòlach stèidhichte air an fhoirmle seo air saoghal fiosaigs agus conaltraidh atharrachadh aig ìre chruinneil.

Tha e cudromach cuimhneachadh gu bheil astar an t-solais seasmhach ann am falamh agus gu bheil àite bunaiteach aige ann an grunn raointean sgrùdaidh, bho reul-eòlas gu innleadaireachd dealanach. Tha an comas àireamhachadh agus tuigsinn na foirmle seo gar toirt nas fhaisge air tuigse iomlan air nàdar agus a’ leigeil leinn teicneòlasan ùr-ghnàthach a leasachadh a tha an urra ris an astar bhunaiteach seo.

Mar a bhios crìochan eòlas saidheansail a’ leudachadh, bidh obrachadh a-mach astar an t-solais fhathast na phrìomh phìos rannsachaidh agus adhartais. Mar thoradh air an sgrùdadh agus an leasachadh leantainneach aige thig seallaidhean agus lorgan ùra a stiùireas leasachadh saidheans agus teicneòlas san àm ri teachd.

Ann an ùine ghoirid, tha obrachadh a-mach foirmle astar an t-solais na smachd inntinneach agus riatanach airson tuigse fhaighinn air ar cruinne-cè agus na cleachdaidhean practaigeach a tha timcheall oirnn. Chan urrainnear dì-meas a dhèanamh air cho cudromach sa tha e ann an saidheans an latha an-diugh agus, mar a chumas sinn oirnn a’ sgrùdadh raon mòr fiosaigs, bidh am foirmle seo fhathast na colbh bunaiteach air ar slighe gu barrachd eòlais air an t-saoghal mun cuairt oirnn.