3 10 8 что это в физике

В помощь читателю: 4. Опорные числа

Одна из главных целей этого проекта — показать, что масштабы тех или иных величин или процессов вовсе не требуется запоминать; их можно вывести самостоятельно. Но выводить их всё равно придется из каких-то самых базовых численных величин. Их очень мало, они простые и изучаются в школе — и вот их желательно запомнить. Другие опорные числа можно в голове не держать, а просто при необходимости заглядывать в этот короткий списочек. Опираясь на них, вы сможете вывести масштабы огромного количества явлений из самых разных областей физики.

Базовые числа для запоминания

• Размер атома: ~ 10 −10 м.
• Размер атомного ядра: ~ 10 −15 м, в сто тысяч раз меньше размера атома.
• Скорость света: 300 тысяч км/с = 3·10 8 м/с; она же — скорость любых электромагнитных волн в вакууме.
• Скорость звука в воздухе: 300 м/с, в миллион раз меньше скорости света.
• Ускорение свободного падения за Земле: g ≈ 10 м/с 2 .

Опорные числа

• Возраст Вселенной: 13,7 млрд лет ~ 10 10 лет ~ 4·10 17 секунд.
• Расстояние от Земли до Солнца (астрономическая единица): 150 млн км.
• Длина волны видимого света: 0,5 мкм.
• Период электромагнитного колебания в оптическом диапазоне: ~ 1 фс.
• 1 год ≈ π·10 7 секунд.
• Тепловые скорости молекул при комнатной температуре: сотни м/с.
• Скорость звука в жидкости и твердых телах: несколько км/с (в десяток раз больше скорости звука в воздухе).
• Типичная скорость электронов в металле: тысячные доли скорости света, т. е. порядка 1000 км/с. Обратите внимание, что это движение не тепловое, а квантовое, и оно не замедляется при охлаждении металла.
• Скорость движения электронов в атоме: сотые доли скорости света.

Тонкости и предостережения

Десятичные приставки в системе СИ и именные названия степеней тысячи

Для описания различных величин международная система СИ рекомендует использовать следующие десятичные приставки (некоторые из них также могут иметь двоичный смысл, как, например, единицы измерения информации и скоростей ее передачи – мегабиты, терабайты и т.п.)

Для описания различных величин международная система СИ рекомендует использовать следующие десятичные приставки (некоторые из них также могут иметь двоичный смысл, как, например, единицы измерения информации и скоростей ее передачи – мегабиты, терабайты и т.п.):

Степень десяти	Приставка	Именное название	Краткое обозначение	Пример применения
10 1	дека-	да, da	Единица измерения силы daN – деканьютон (даН). Пример применения этой единицы дан в разделе консультаций, в ответе 226.
10 2	гекто-	г, h	Гектар (га), гектолитр (гл)
10 3	кило-	тысяча, тыс.	к, k	Километр (км), килограмм (кг)
10 6	мега-	миллионы, млн.	М, M	Мегагерц (МГц)
10 9	гига-	миллиард, млрд.	Г, G	Гигагерц (ГГц)
10 12	тера-	триллион, трлн.	Т, T	Тераватт (ТВт)
10 15	пета-	квадриллион	П, P	Петаджоуль (ПДж)
10 18	экса-	квинтиллион	Э, E	Эксабайт (ЭБ)
10 21	зетта-	секстиллион	З, Z	Зеттабайт (ЗБ)
10 24	йотта-	септиллион	Йоттабайт (ЙБ)

Необходимо учитывать, что между международными и сложившимися национальными обозначениями могут быть некоторые расхождения. Так, в США практически не используется «миллиард», т.к. там принято считать в «биллионах», зато там можно встретить «Quad», который из сокращения от «квадриллиона» уже практически превратился в самостоятельное слово. Русского аналога («Квад»?) пока нет, но не исключено, что со временем появится.

• 1 million = 1 миллион = 10 6
• 1 billion = 1 миллиард = 10 9
• 1 Quad = 1 квадриллион = 10 15

Приставки используются также для обозначения дольных единиц:

Степень десяти	Приставка	Краткое обозначение	Пример применения
10 -1	деци-	д, d	Дециметр (дм)
10 -2	санти-	с, c	Сантиметр (см)
10 -3	милли-	м, m	Миллиметр (мм), миллилитр (мл)
10 -6	микро-	мк, μ	Микрометр, микрон (мкм)
10 -9	нано-	н, n	Нанометр (нм), наносекунда (нс)
10 -12	пико-	п, p	Пикофарад (пф), пикосекунда (пс)
10 -15	фемто-	ф, f	Фемтосекунда (фс)
10 -18	атто-	а, a	Аттосекунда (ас)
10 -21	зепто-	з, z	Зептокулон (зКл)
10 -24	йокто-	и, y	Йоктограмм (йг)

Кроме перечисленных единиц измерения, в физике и телекоммуникациях довольно часто используется внесистемная единица Ангстрем.

• 1 Å = 0.1 нм = 10 -10 м.

Скорость света

Лампочка горит, фонарик на айфоне случайно включается, а солнце светит (если вы не в Петербурге живете, конечно). Эти привычные для нас явления имеют физические характеристики, главная из которых — скорость света.

· Обновлено 23 июня 2023

Точные значения скорости света

метров в секунду

Приблизительные значения скорости света

километров в секунду

километров в час

Скорость света: чему она равна и как ее измерять

Скорость света — это величина, характеризующая быстроту перемещения света.

До второй половины XVII века скорость света считалась бесконечной, пока ее не измерил датский астроном Олаф Рёмер. Он наблюдал затмения спутника Юпитера Ио и заметил, что они не совпадают по времени с расчетными, а зависит это несовпадение от расстояния между событием и наблюдателем. Принимая во внимание положение Земли на своей орбите относительно Юпитера, Рёмер подсчитал, что скорость света равна 220 000 км/с.

В начале XIX века французский ученый Физо разработал для измерения скорости света так называемый метод прерываний. Физик направил луч света на зеркало. Отражаясь от него, свет проходил через зубцы колеса. Затем попадал на еще одну отражающую поверхность, которая была расположена на расстоянии в 8,6 км. Колесо вращали, увеличивая скорость, пока луч не будет видно в следующем зазоре. После подсчетов Физо получил результат — 313 000 км/с.

Изобретение лазера в XX веке позволило дойти до предела точности и зафиксировать скорость света на отметке 299 792 458 м/с с погрешностью 1,2 м/c. Дальнейшее уточнение стало невозможным из-за отсутствия точного определения метра. В то время за эталон брали металлическую палку, хранящуюся в палате мер и весов.

В восьмидесятых годах прошлого века Генеральная конференция по мерам и весам (да, такая действительно существует) приняла за метр расстояние, которое преодолевает свет за 1/299 792 458 секунды. Соответственно, скорость света стала официально равной 299 792 458 метров в секунду. Для удобства ее значение принято округлять до 300 000 км/с.

Курсы подготовки к ОГЭ по физике помогут снять стресс перед экзаменом и получить высокий балл.

Неудавшийся опыт Галилея

Чтобы измерить скорость света, в 1600 году Галилей и его помощник взобрались на соседние холмы, предварительно рассчитав расстояние между ними. Они взяли зажженные фонари и оборудовали их заслонками, которые открывают и закрывают огни. Поочередно открывая и закрывая огонь, они пытались рассчитать скорость света. Галилей и помощник заранее знали, с какой задержкой будут открывать и закрывать огонь. Когда один из них открывал заслонку, то же должен был сделать и другой.

Однако эксперимент был провальным, и неудивительно: чтобы все получилось, ученым пришлось бы стоять на расстоянии в миллионы километров друг от друга.

Открыть диалоговое окно с формой по клику

Скорость света в различных средах

Свет распространяется в разных средах по-разному. В вакууме и в воздухе скорость света почти не различается, а вот в других средах она меньше. Это зависит от оптической плотности среды — чем она больше, тем меньше скорость распространения света.

Основной характеристикой в данном случае служит показатель преломления среды. Он равен отношению скорости света в вакууме к скорости распространения света в среде.

Абсолютный оказатель преломления среды

n — показатель преломления среды [—]

с — скорость света [м/с]

v — скорость света в заданной среде [м/с]

Ниже представлена таблица скоростей света в разных средах и показателей преломления в них.

Среда

Скорость света, км/с

Абсолютный показатель преломления среды

Какая профессия тебе подходит? Узнай за 10 минут!

Получи больше пользы от Skysmart:

• Подготовься к ОГЭ на пятёрку.
• Подготовься к ЕГЭ по 3 предметам на 240+ баллов с гарантией.

Параметры, связанные со скоростью света

Самые важные параметры — это длина волны и период.

Формула скорости света

с — скорость света [м/с]

λ — длина волны [м]

T — период [с]

Задачка для практики

Определите цвет освещения, проходящий расстояние в 1000 раз больше его длины волны за 2 пикосекунды.

Решение

Для начала переведем 2 пикосекунды в секунды — это 2 * 10 -12 с.

Теперь возьмем формулу скорости: v = S/t

По условию S = 1000λ, то есть v = 1000λ/t.

Выражаем длину волны:

Подставляем значения скорости света и известного нам времени:

λ = (3 * 10 8 * 2 * 10 -12 )/1000 = 600

И соотносим со шкалой видимого света:

На шкале видно, что длине волны в 600 нм соответствует оранжевый цвет излучения.

Ответ: цвет освещения при заданных условиях будет оранжевым.

Скорость выше, чем скорость света

Здесь мы подходим к самому интересному. По сути, преодолеть скорость света — это то же самое, что изобрести машину времени. Ведь мы не можем увидеть свет от зажженного на улице фонаря раньше, чем он зажегся. Казалось бы, вопрос закрыт, машина времени невозможна и вообще все мечты детства разрушены. Но на самом деле это не совсем так.

Физически машину времени ничто не запрещает. То есть с точки зрения физики она вполне возможна, у нас есть только технические ограничения.

Согласно общей теории относительности, чем быстрее мы разгоняем частицу, у которой есть некая масса, тем больше энергии нам требуется. По мере приближения к скорости света эта энергия будет стремиться к бесконечности. Но это не означает, что свет на порядки быстрее всего во Вселенной. Например, ученые ЦЕРНа разогнали протоны в Большом адронном коллайдере до скорости 299 792 455 м/c, что всего на 3 м/с уступает невесомым фотонам света.

Описанные выше ограничения, которые накладывает на скорости во Вселенной современная физика, не касаются частиц, которые не имеют массы, не взаимодействуют с обычными частицами и могут перемещаться быстрее скорости света. Такие частицы принято называть тахионами и на данный момент их существование является лишь предположением (сложно придумать эффективный инструмент для их обнаружения, ведь они ни с чем не взаимодействуют).

В специальной теории относительности есть даже такое понятие, как релятивистское замедление времени. Его смысл заключается в том, что в движущемся теле все физические процессы проходят медленнее.

Классическим примером этого явления является сценарий близнецов. Представим, что один близнец летит на космическом корабле со скоростью, близкой к скорости света, а другой остается на Земле. Когда близнец-космонавт вернется на Землю постаревшим всего на год или на два, он обнаружит, что его брат стал старше на несколько десятилетий.

В реальной жизни эксперимент с близнецами никто не проводил, но проводили аналогичный — с часами. Ученые запустили атомные часы на орбиту и оставили идентичные часы на Земле. Когда часы вернулись, они шли с некоторым отставанием от своего земного близнеца.

Еще один популярный пример сверхсветовой скорости — это явления квантовой механики. В тот самый момент, когда вы надели на правую ногу один носок, второй моментально и автоматически стал левым, несмотря на расстояние между ними.

Или эксперимент с котом Шрёдингера, про который вы наверняка что-то слышали.

Лирическое отступление про кота Шрёдингера

Физик, которому не очень нравятся кошки, помещает кота в коробку вместе с бомбой, которая взрывается с вероятностью 50% после того, как закрыли крышку. До того, как мы откроем коробку, нет способа узнать, взорвалась ли бомба. Поэтому мы не знаем, жив кот или мертв.

Оперируя понятиями квантовой физики, мы можем сказать, что до нашего наблюдения кот находился в состоянии суперпозиции — состоянии, сочетающем в себе обе возможности с шансом 50% для каждой.

Нечто подобное случается с физическими системами квантовых размеров, вроде электрона, вращающегося вокруг атома водорода. Электрон не совсем вращается — он как бы находится во всем пространстве одновременно, а в некоторых местах с большей вероятностью. Только после того, как мы определили его местоположение, мы можем точно указать, где он находится в этот момент. Так же, как мы не знали, был кот жив или мертв до того, как мы открыли коробку.

Это подводит нас к странному и красивому феномену квантовой запутанности. Представим себе, что вместо одного кота в одной коробке у нас было бы два кота в двух разных коробках. Если мы повторим эксперимент с котом Шрёдингера с парой этих котов, в результате эксперимента могут быть четыре возможности:

• оба кота будут живы,
• оба мертвы,
• первый будет жив, второй мертв,
• первый мертв, второй жив.

Ситуации, когда оба кота мертвы или оба кота живы, не соответствуют состоянию суперпозиции. Другими словами, возможна такая система из двух котов, в которой в итоге всегда один из котов будет мертв, а другой жив. Пользуясь техническими терминами, можно сказать, что состояния этих двух котов запутаны.

Назревает вопрос: что произойдет, если этих котов поместить в разных уголках Вселенной. Не поверите, но то же самое! Один из котов в любом случае будет жив, а другой — мертв, хотя какой конкретно кот будет жив, а какой мертв, совершенно непредсказуемо.

Квантовая запутанность была подтверждена в настоящих лабораторных экспериментах. Две субатомные частицы запутаны в состоянии суперпозиции так, что если одна вращается в одну сторону, то другая — в противоположную.

Запутанность находится в центре квантовой информатики — развивающейся области науки, которая ищет применение законам странного квантового мира. Так, квантовая криптография позволяет шпионам надежно посылать друг другу информацию, а квантовое программирование — взламывать секретные коды.

Каждодневная физика со временем может стать более похожей на странный мир квантовой механики. Квантовая телепортация сможет достигнуть такого прогресса, что однажды ваш кот сможет сбежать в более безопасную вселенную, где нет физиков и коробок.

В общем, сверхсветовая скорость существует, хоть у нее и очень слабая доказательная база. Если ученые добьются того, чтобы скорости выше скорости света стали нашей реальностью, то и до машины времени недалеко.

Таблица единиц измерения

Каждое измерение — это сравнение измеряемой величины с другой, однородной с ней величиной, которую считают единичной. Теоретически единицы для всех величин в физике можно выбрать независимыми друг от друга. Но это крайне неудобно, так как для каждой величины следовало бы ввести свой эталон. Кроме этого во всех физических уравнениях, которые отображают связь между разными величинами, возникли бы числовые коэффициенты.

Основная особенность используемых в настоящее время систем единиц состоит в том, что между единицами разных величин имеются определенные соотношения. Эти соотношения установлены теми физическими законами (определениями), которыми связываются между собой измеряемые величины. Так, единица скорости выбрана таким образом, что она выражается через единицы расстояния и времени. При выборе единиц скорости используется определение скорости. Единицу силы, например, устанавливают при помощи второго закона Ньютона.

При построении определенной системы единиц, выбирают несколько физических величин, единицы которых устанавливают независимо друг от друга. Единицы таких величин называют основными. Единицы остальных величин выражают через основные, их называют производными.

Количество основных единиц и принцип их выбора может быть разным для разных систем единиц. Основными физическими величинами в Международной системе единиц (СИ) являются: длина ($l$); масса ($m$); время ($t$); сила электрического тока ($I$); температура по шкале Кельвина (термодинамическая температура) ($T$); количество вещества ($\nu $); сила света ($I_v$).

Таблицы единиц измерения

Основными единицами в системе СИ стали единицы выше названных величин:

\[\left[l\right]=м;;\ \left[m\right]=кг;;\ \left[t\right]=с;;\ \left[I\right]=A;;\ \left[T\right]=K;;\ \ \left[\nu \right]=моль;;\ \left[I_v\right]=кд\ (кандела).\]

Для основных и производных единиц измерения в системе СИ используют дольные и кратные приставки в таблице 1 приведены некоторые из них

В таблице 2 сведена главная информация об основных единицах системы СИ.

В таблице 3 приведем некоторые производные единицы измерения системы СИ.

и многие другие.

В системе СИ существуют производные единицы измерения, которые имеют собственные названия, которые на самом деле являются компактными формами комбинаций основных величин. В таблице 4 приведены примеры подобных единиц системы СИ.

Для каждой физической величины имеется только одна единица СИ, но одна и та же единица может применяться для нескольких величин. Например, в джоулях измеряют работу и энергию. Существуют безразмерные величины.

Имеются некоторые величины, которые не входят в СИ, но широко используются. Так, единицы времени такие как минута, час, сутки являются частью культуры. Не которые единицы используют по исторически сложившимся причинам. При использовании единиц, которые не принадлежат системе СИ необходимо указывать способы их перевода в единицы СИ. Пример единиц указан в табл.5.

Примеры задач с решением

Задание. За единицу силы в системе СГС (сантиметр, грамм, секунда) принимают дину. Дина — это сила, которая сообщает телу массой 1 г ускорение в 1 $\frac$. Выразите дину в ньютонах.

Решение.Единицу измерения силы устанавливают при помощи второго закона Ньютона:

Это означает, что единицы измерения силы получают, используя единицы измерения массы и ускорения:

В системе СИ ньютон получается равным:

В системе СГС единица измерения силы (дина) равна:

Переведем метры в сантиметры, а килограммы в граммы в выражении (1.3):

Ответ. $1Н=^5дин.$

Задание. Автомобиль двигался со скоростью $v_0=72\ \frac$. При аварийном торможении он смог остановиться через $t=5\ c.$ Каков тормозной путь автомобиля ($s$)?

Решение.

Для решения задачи запишем кинематические уравнения движения, считая ускорение с которым автомобиль уменьшал скорость постоянным:

уравнение для скорости:

уравнение для перемещения:

В проекции на ось X и с учетом того, что конечная скорость автомобиля равна нулю, а торможение считаем автомобиль начал из начала координат выражения (2.1) и (2.2) запишем как:

Из формулы (2.3) выразим ускорение и подставим его в (2.4), получим:

Прежде чем проводить вычисления нам следует скорость $v_0=72\ \frac$ перевести в единицы измерения скорости в системе СИ:

Для этого воспользуемся таблицей 1, где видим, что приставка кило означает умножение 1 метра на 1000, а так как в 1ч=3600 с (табл. 4), то в системе СИ начальную скорость будет равна:

\[v_0=72\ \frac=72\cdot 1000:3600=20\frac.\]

Вычислим тормозной путь:

Ответ. $s=50$ м.

Warning: file_put_contents(./students_count.txt): failed to open stream: Permission denied in /var/www/webmath-q2ws/data/www/webmath.ru/poleznoe/guide_content_banner.php on line 20

проверенных автора готовы помочь в написании работы любой сложности

Мы помогли уже 4 464 ученикам и студентам сдать работы от решения задач до дипломных на отлично! Узнай стоимость своей работы за 15 минут!

Остались вопросы?

Здесь вы найдете ответы.