Хурдны томъёог тооцоолох гэрлийн энэ нь үйл явц юм Шинжлэх ухааны салбарт, ялангуяа физикийн хувьд суурь. Энэхүү агуу тогтмол нь вакуум орчинд тогтмол бөгөөд өөрчлөгдөшгүй утгатай боловч түүнийг нарийн тодорхойлохын тулд нарийн нягт нямбай үйл явцыг шаарддаг. Энэ өгүүлэлд бид гэрлийн үндсэн шинж чанарууд болон холбогдох тэгшитгэлүүдийг харгалзан гэрлийн хурдыг тооцоолоход шаардлагатай алхамуудыг нарийвчлан судлах болно. Туршилтын хэмжилтээс авахуулаад онолын томъёолол хүртэл бид энэхүү үндсэн тогтмолын яг утгыг олж авахад шаардлагатай процедурыг бодитой, техникийн хувьд шалгах болно. Гэрлийн хурдны томъёог тооцоолох шинжлэх ухааны сонирхолтой аялалд гарахад бэлэн байгаарай.
1. Гэрлийн хурдны томъёоны танилцуулга
Гэрлийн хурдны томъёо нь физикийн үндсэн ойлголтуудын нэг юм. Энэ нь вакуум дахь тогтмол үнэ цэнэ бөгөөд шинжлэх ухаан, технологийн олон салбарт чухал ач холбогдолтой юм. Түүний нээлт нь дэлхийн талаарх бидний ойлголтыг өөрчилж, харьцангуйн онол, квант физикийн чухал дэвшилд хүргэсэн.
Гэрлийн хурдны томъёог ойлгохын тулд түүний тодорхойлолт, хэрхэн үүссэнийг ойлгох нь маш чухал юм. Үндсэн утгаараа гэрлийн хурдыг (c) гэрлийн аялах зай гэж тодорхойлдог эв нэгдэлд цаг хугацаа. Энэ томъёог математикийн хувьд c = λν гэж илэрхийлсэн бөгөөд λ нь долгионы уртыг, ν нь давтамжийг илэрхийлдэг. Вакуум дахь гэрлийн хурд ойролцоогоор секундэд 299,792,458 метр байдаг гэдгийг санах нь зүйтэй.
Энэ томьёог илүү сайн ойлгох практик жишээ бол алс холын одноос ялгарах гэрлийг авч үзэх явдал юм. Гэрэл сансар огторгуйгаар дамжин өнгөрөхөд түүний долгионы урт нь Доплер эффект болон орчлон ертөнц тэлэх зэргээс шалтгаалан өөрчлөгдөж болно. Эрдэмтэд долгионы уртын энэхүү өөрчлөлтийг шинжилснээр одны холдох эсвэл ойртож буй хурдыг тодорхойлж чадна. Энэ нь орчлон ертөнцийн үүсэл, хувьслыг судлахад үнэтэй мэдээлэл өгдөг.
2. Гэрлийн хурдны тухай үндсэн ойлголтууд
Гэрлийн хурд нь бидний ертөнцийг ойлгоход чухал үүрэг гүйцэтгэдэг физикийн үндсэн тогтмол үзүүлэлт юм. Түүний утга нь вакуум орчинд секундэд 299,792,458 метр хурдтай байхаар тодорхойлогддог бөгөөд энэ нь аливаа объект, мэдээлэл хөдөлж болох онолын хамгийн дээд хурд юм. Гэрлийн хурдыг зөв ойлгохын тулд зарим үндсэн ойлголтуудыг санах нь чухал юм.
Юуны өмнө гэрэл цахилгаан соронзон долгион хэлбэрээр тархдаг гэдгийг ойлгох хэрэгтэй. Эдгээр долгионууд нь бие биенээсээ перпендикуляр хэлбэлзэлтэй, тархалтын чиглэлд перпендикуляр байдаг цахилгаан ба соронзон оронуудаас бүрддэг. Гэрэл нь вакуум орчинд болон агаар, ус гэх мэт материаллаг орчинд хоёуланд нь дамжих боломжтой боловч эдгээр орчинд тэдгээрийн хурд нь орчны хэсгүүдтэй харилцан үйлчлэлийн улмаас багасдаг.
Өөр нэг чухал ухагдахуун бол 1905 онд Альберт Эйнштейний дэвшүүлсэн харьцангуйн тусгай онол юм. Энэ онолын дагуу гэрлийн хурд нь бүх ажиглагчдын хувьд тэдгээрийн хоорондын харьцангуй хурдаас үл хамааран тогтмол байдаг. Энэ нь цаг хугацаа, орон зай нь үнэмлэхүй биш, харин ажиглагчаас хамаардаг гэсэн үг юм. Цаашилбал, хурд нэмэгддэг объектын Хөдөлгөөн нь гэрлийн хурд руу ойртох тусам улам хэцүү болж, цаг хугацааг сунгах, уртыг багасгах зэрэг үр дагаварт хүргэдэг.
3. Тохиромжтой нөхцөлд гэрлийн хурдыг хэмжих
Энэ бол нарийн төвөгтэй боловч сэтгэл татам үйл явц юм. Хэдийгээр энэ нь эхэндээ хэцүү мэт санагдаж болох ч аз болоход энэ ажлыг хөнгөвчлөх янз бүрийн арга, хэрэгслүүд байдаг. Доор танилцуулах болно a алхам алхмаар шийдвэрлэхийн тулд нарийвчилсан энэ асуудал үнэн зөв, найдвартай.
Эхний алхам бол үр дүнг гажуудуулах аливаа хөндлөнгийн оролцоогүй, тохиромжтой орчинтой байх явдал юм. Хэмжилтийг гадны гэрлийн шууд эх үүсвэрээс зайлсхийж, хаалттай, харанхуй орон зайд хийхийг зөвлөж байна. Нэмж дурдахад ашигласан тоног төхөөрөмж нь төгс нөхцөлд, зөв тохируулагдсан эсэхийг баталгаажуулах ёстой.
Дараа нь лазер гэх мэт гэрэл ялгаруулах төхөөрөмж, ялгарсан дохиог илрүүлэх хүлээн авах системийг ашигладаг. Хоёр төхөөрөмжийг хоёуланг нь мэдэгдэж байгаа, тогтмол зайд байрлуулахыг зөвлөж байна. Дараа нь дохиог илгээгчээс хүлээн авагч руу хүргэх хугацааг хэмждэг. V нь хурдыг, D нь туулсан зайг илэрхийлдэг V = D/T томьёог ашиглан гэрлийн хурдыг тооцоолоход энэ хугацаа чухал байх болно.
4. Орчин дахь гэрлийн хурдад нөлөөлөх хүчин зүйлс
Дундаж дахь гэрлийн хурд нь янз бүрийн хүчин зүйлээс шалтгаалж, ямар ч төрлийн тооцоо, туршилт хийхдээ анхаарах ёстой. Хамгийн чухал хүчин зүйлүүдийн нэг бол гэрлийн хурд түүнийг дайран өнгөрөхөд хэрхэн удааширч, хурдасдагийг тодорхойлдог орчны хугарлын илтгэгч юм. Хугарлын илтгэгч нь орчны найрлага, бүтцээс хамаардаг бөгөөд янз бүрийн материалын хооронд ихээхэн ялгаатай байж болно.
Дундаж дахь гэрлийн хурдад нөлөөлж болох өөр нэг хүчин зүйл бол температур юм. Орчны температур нэмэгдэхийн хэрээр түүнийг бүрдүүлэгч хэсгүүд илүү хурдан хөдөлдөг бөгөөд энэ нь орчны нягтралыг нэмэгдүүлж, улмаар гэрлийн хурдыг бууруулдаг. Эсрэгээр, орчны температурыг бууруулснаар гэрлийн хурдыг нэмэгдүүлэх боломжтой.
Үүнээс гадна даралт нь орчин дахь гэрлийн хурдад нөлөөлдөг. Даралт нэмэгдэхийн хэрээр орчны молекулууд буюу бөөмсүүд шахагдаж, бие биедээ ойртдог. Энэ нь бөөмс ойртож, тэдгээрийн хооронд илүү их харилцан үйлчлэл үүсдэг тул гэрлийн тархалтын хурд буурахад хүргэдэг. Нөгөөтэйгүүр, даралт буурах тусам бөөмс салж, гэрлийн хурд нэмэгдэж болно.
5. Тодорхой орчин дахь гэрлийн хурдыг тооцоолох аргууд
Хэд хэдэн бий. Хамгийн түгээмэл аргуудын нэг бол вакуум дахь гэрлийн хурд ба тухайн орчин дахь гэрлийн хурд хоорондын хамаарлыг ашиглах явдал юм.
Тодорхой орчин дахь гэрлийн хурдыг тооцоолохын тулд v = c/n томьёог ашиглаж болно, v нь орчин дахь гэрлийн хурд, c нь вакуум дахь гэрлийн хурд, n нь хугарлын индекс юм. дундын. Хугарлын илтгэгч нь гэрлийн орчинд тархах хурдыг вакуум дахь хурдтай харьцуулсан хэмжүүр юм.
Энэ тооцоог хийхийн тулд гэрлийн хурдыг тооцоолохыг хүсч буй орчны хугарлын илтгэгчийн утгыг мэдэх нь чухал юм. Энэ утга нь дундаас хамаарч өөр өөр байж болно, тиймээс юу хэрэгтэй байна лавлагааны хүснэгтээс лавлах эсвэл найдвартай эх сурвалжийг судлах. Хугарлын илтгэгчийн утгыг мэдсэний дараа томъёонд орлуулж, тодорхой орчин дахь гэрлийн хурдыг тооцоолж болно.
6. Гэрлийн хурдны томъёоны оптикт хэрэглэх
Оптикт гэрлийн хурдны томъёог ашиглахын тулд хэд хэдэн үндсэн талыг харгалзан үзэх шаардлагатай. Юуны өмнө, вакуум дахь гэрлийн хурд нь секундэд 299.792 километрийн хурдтай "c" үсгээр дүрслэгдсэн бүх нийтийн тогтмол хэмжигдэхүүн гэдгийг санах нь зүйтэй. Энэ мэдээлэл нь гэрлийн тархалттай холбоотой аливаа тооцоололд зайлшгүй шаардлагатай.
Оптик дахь гэрлийн хурдны томъёоны хамгийн түгээмэл хэрэглээний нэг бол орчны хугарлын илтгэгчийг тооцоолох явдал юм. "n" үсгээр дүрслэгдсэн хугарлын илтгэгч нь вакуум дахь хурдтай харьцуулахад орчинд гэрлийн тархах хурдыг илэрхийлдэг хэмжүүр юм. Үүнийг n = c/v томъёог ашиглан тооцоолж болно, энд "v" нь тухайн орчин дахь гэрлийн хурдыг илэрхийлнэ. Энэхүү тооцоолол нь гэрлийн туяаг призмээр дамжих үед түүний хазайлтын хэмжээг тодорхойлохоос эхлээд линз, оптик төхөөрөмжүүдийн дизайн хүртэл олон янзын нөхцөлд хэрэг болно.
Оптикт гэрлийн хурдны томъёог ашиглах хэд хэдэн арга, хэрэгсэл байдаг. үр дүнтэй. Нэг сонголт бол тохирох утгыг оруулах, тооцооллыг автоматаар хийх боломжийг олгодог онлайн симулятор эсвэл тооцоолуур ашиглах явдал юм. Нэмж дурдахад онлайнаар авах боломжтой заавар, практик жишээ хэлбэрээр боловсролын асар их нөөц бий. Эдгээр эх сурвалжууд нь онолын үзэл баримтлал, тэдгээрийн хэрэглээг бодит ертөнцийн асуудлуудад илүү сайн ойлгоход маш их хэрэгтэй байж болох юм.
7. Туршилтын техник ашиглан гэрлийн хурдыг тооцоолох
Туршилтын техник ашиглан гэрлийн хурдыг тооцоолох нь нарийн төвөгтэй боловч сонирхолтой үйл явц юм. Хамт түүхийн, эрдэмтэд гэрлийн хурдыг маш нарийн нарийвчлалтайгаар тодорхойлох янз бүрийн аргуудыг зохион бүтээжээ. Энэ хурдыг тооцоолох алхам алхмаар зааварчилгааг доор харуулав.
1. Эргэдэг тольны арга: Энэ арга нь тогтмол хурдтайгаар эргэдэг толин тусгалыг ашигладаг. Гэрлийн эх үүсвэрийг энэ толиноос тодорхой зайд байрлуулсан бөгөөд ойсон гэрэл нь эхлэх цэг рүү буцдаг. Мэдэгдэж буй зайд гэрэл явах хугацааг хэмжиж, толины өнцгийн хурдыг мэдсэнээр гэрлийн хурдыг V = ω * d томъёогоор тооцоолж болно, V нь гэрлийн хурд, ω нь гэрлийн хурд юм. толины өнцгийн хурд ба d нь мэдэгдэж буй зай юм.
2. Физогийн арга: Энэ аргад мэдэгдэж буй хурдаар эргэлддэг араа дугуйг ашиглаж, гэрлийн цацрагийн замд байрлуулна. Энэхүү гэрлийн туяа нь толинд тусч, дугуйны шүдний хоорондох зайгаар ажиглагч руу буцаж ирдэг. Ирж буй болон гарч буй гэрлийн цацрагийн хоорондох өнцгийг хэмжиж, дугуйны өнцгийн хурдыг мэдсэнээр гэрлийн хурдыг V = N * λ * f томъёог ашиглан тооцоолж болно, V нь гэрлийн хурд, N нь гэрлийн хурд юм. дугуй дээрх шүдний тоо, λ нь гэрлийн долгионы урт, f нь дугуйны эргэлтийн давтамж юм.
Дүгнэж хэлэхэд, гэрлийн хурд нь вакуум дахь гэрлийн тархалтыг ойлгох, тоо хэмжээг тодорхойлох хүчирхэг хэрэгсэл юм. Тооцооллын дагуу бид энэхүү үндсэн тэгшитгэлд хамаарах янз бүрийн ойролцоо болон тогтмолуудыг судалсан. Энэхүү томьёо дээр суурилсан шинжлэх ухаан, технологийн дэвшил нь дэлхийн физик, харилцаа холбооны салбарт хувьсгал хийсэн.
Гэрлийн хурд нь вакуум орчинд тогтмол байдаг бөгөөд одон орон судлалаас электрон инженерчлэл хүртэлх олон тооны судалгааны салбарт үндсэн үүрэг гүйцэтгэдэг гэдгийг санах нь чухал. Энэхүү томьёог тооцоолох, ойлгох чадвар нь биднийг байгалийг бүрэн ойлгоход ойртуулж, энэхүү үндсэн хурдаас хамаарах шинэлэг технологийг хөгжүүлэх боломжийг бидэнд олгодог.
Шинжлэх ухааны мэдлэгийн хязгаар өргөжихийн хэрээр гэрлийн хурдыг тооцоолох нь судалгаа, дэвшлийн гол ажил хэвээр байх болно. Үүнийг үргэлжлүүлэн судалж, сайжруулснаар ирээдүйд шинжлэх ухаан, технологийн хөгжлийг жолоодох шинэ хэтийн төлөв, нээлтүүд гарах болно.
Товчхондоо, гэрлийн хурдны томъёог тооцоолох нь бидний орчлон ертөнц болон бидний эргэн тойрон дахь практик хэрэглээг ойлгох сэтгэл хөдөлгөм, зайлшгүй шаардлагатай хичээл юм. Орчин үеийн шинжлэх ухаанд түүний ач холбогдлыг дутуу үнэлж болохгүй бөгөөд бид физикийн өргөн уудам талбарыг үргэлжлүүлэн судалж байгаа тул энэхүү томъёо нь бидний эргэн тойрон дахь ертөнцийг илүү их мэдэх замд тулгуур багана хэвээр байх болно.
Би Себастьян Видал, компьютерийн инженер технологи, өөрийн гараар хийх сонирхолтой. Цаашилбал, би бүтээгч нь tecnobits.com, би технологийг хүн бүрт илүү хүртээмжтэй, ойлгомжтой болгох хичээлүүдийг хуваалцдаг.