|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Charakterystykę tego zjawiska określają: interwał czasu pomiędzy błyskami i odległość pomiędzy kolejnymi punktami, gdzie pojawiły się błyski. Historia lotu samolotu to zbiór informacji L n (nT) o kolejnych odcinkach drogi przebywanej w roznych chwilach czasowych, t n = n T. Zbior wartosci L n jako funkcja (nT) to elementarny opis przemieszczania się materii w przestrzeni. Znając interwał czasu T i odcinek przebytej w tym czasie drogi, możemy określić szybkość v niewidocznego dla nas samolotu. Operację tą wyraża matematyczna formuła wiążąca cykliczny proces odmierzania czasu z pokonywanym w tym interwale czasu odcinkiem drogi: |
|
|
|
vn = Ln / T |
|
|
|
Jeżeli prędkość nie zmienia się mówimy, że mamy do czynienia z ruchem swobodnym. Jeżeli prędkość się zmienia to znak, że na obiekt działa jakiś zewnętrzny czynnik, który Newton nazwał siłą i oznaczył literą F. Związek pomiędzy zmianami prędkości a siłą F to słynne równanie ruchu Newtona - podstawa fizyki. My możemy zapisać go tak: |
|
|
|
(v n - v n-1) / T = Fn / m |
|
|
|
Równanie to, to równanie Newtona zapisane w takiej postaci w jakiej jest ono stosowane przez fizyka eksperymentatora lub też w obliczeniach numerycznych na komputerze.
Matematycy, którzy w swoich rozważaniach posługują się abstrakcyjnym pojęciem nieskończenie szybko chodzącego zegara, a więc pojęciem nieskończenie krótkiego odstępu czasu pomiędzy zdarzeniami zapiszą równanie Newtona w sposób następujący: |
|
|
|
m dv / dt = F (t) |
|
|
|
zastępując skończony interwał czasu T przez dt |
|
|
|
dt = T dąży do 0 |
|
|
|
a skończony przyrost prędkości v n - v n-1 przez niskończenie mały przyrost prędkości d v |
|
|
|
d v = ( v n - v n-1) dąży do 0 |
|
|
|
Równanie Newtona to podstawa całej fizyki. Posługujemy się nim kiedy chcemy umieścić satelitę na orbicie czy wysłać pojazd księżycowy, jak i kiedy chcemy opisać ruch elektronu w atomie. |
|
|
|
W początkach dwudziestego wieku fizycy mając kłopoty z opisem pewnych zjawisk związanych ze światłem, a potem z elektronami zakwestionowali stosowalność tego równania do opisu zjawisk atomowych. Prapoczątki tych kłopotów sięgają czasów Huygensa, który przy interpretacji pasiastych obrazów otrzymywanych w niektórych eksperymentach ze światłem dopatrywał się analogii obserwowanych obrazów z widokiem fal przemieszczających się na powierzchni wody.
Newton kontra Huygens. Pierwszym badaczem, który zaobserwował na oświetlonym ekranie obrazy przypominające zdjęcia fal rozchodzących się po powierzchni wody był Newton. Można je było zaobserwować po przejściu strumienia światła przez zakrzywione powierzchnie szkła, tak jak w przypadku słynnych pierścieni Newtona pokazanych na poniższym rysunku, czy też na granicy cienia zarysowanego przez krawędzie nieprzeźroczystych materiałów, tak jak to pokazane jest nieco dalej.
|
|
|
|
 |
|
|
|
Nie było niestety dane Newtonowi stworzyć przyczynowo-skutkowego opis powstawania pasiastych obrazów. Nie pozwalał na to ówczesny stan wiedzy o materii. Nie istniało, ani pojęcie pola elektrycznego, ani pola magnetycznego. Tym niemniej, nie zawiodła Newtona, jak to pokazujemy w profesjonalnym wykładzie, jego genialna intuicja. Ta intuicja podpowiadała mu, że periodyczna struktura obrazów powstających na oświetlonym ekranie musi mieć niewątpliwie swoje źródło w periodycznych oscylacjach - wibracjach - materii świetlnych cząstek. Tą myśl Newtona zakwestionował Huygens (1629-1695), interpretując pasiaste obrazy na ekranie w duchu fal obserwowanych na powierzchni wody. |
|
|
|
Ta falowa interpretacja, zyskała powszechną akceptację i została uznana za niekwestionowaną prawdę |
|
|
|
Ta nieudokumentowana argumentacja jest do dziś, pomimo ewidentnych dowodów świadczących przeciwko niej - jak na przykład zjawisko foto-efektu, fundamentem wszelkich rozważań o świetle.
I tak to, aż do dziś jest aktualne pytanie: czy światło to pędzące z ogromną prędkością cząstki, jak chciał Newton, czy też rozchodzące się na podobieństwo dźwięku zaburzenie w eterze, jak chciał Huygens ? A może jest to coś, czego my istoty nie jesteśmy i nigdy nie będziemy w stanie pojąć, jak ogłosili twórcy mechaniki kwantowej ? Ponieważ spór o istotę światła odegrał kluczową rolę w ukierunkowaniu fizyki XX-ego wieku spojrzymy na problem światła nieco bliżej.
Jak widzą barwy światła fizycy. Każdy bez wyjątku miał kiedyś okazję podziwiać uroki tęczy - słonecznego światła rozszczepianego w kropelkach wody padającego deszczu. Pedantyczni fizycy badający zjawisko rozszczepiania światła zauważyli, że odchylenie promienia załamującego się w warstwie powierzchniowej pryzmatu zmienia się wraz z jego barwą i subiektywne wrażenie barwy powiązali z dającym się pomierzyć kątem załamania. Odtąd nawet fizyk daltonista mógł rozróżniać barwy i prowadzić badania nad światłem. Ale owi fizycy zauważyli również, że rozszczepienie światła ma miejsce, kiedy przechodzi ono przez szklaną płytkę ze zrobionymi na jej powierzchni równoległymi rysami. Taka równomiernie porysowana płytka to siatka dyfrakcyjna.
|
|
|
|
 |
|
|
|
I tu okazało się, że pomiędzy odchyleniem promienia o określonej barwie i odległością pomiędzy rysami na siatce dyfrakcyjnej istnieje ścisła zależność, a barwę światła można wyrażać w jednostkach drogi (na przykład w centymetrach). W tym miejscu zrobiono pozornie mało znaczący krok mający jednak dalekosiężne konsekwencje. Wielkość odcinka, jaki otrzymywano z geometrycznych relacji pomiędzy kątem odchylenia promienia o określonej barwie a odległością pomiędzy rysami na siatce dyfrakcyjnej nazwano długością fali świetlnej. W nazwie tej tkwiła sugestia, że mknąca wiązka światła to fale rozchodzące się w przestrzeni na podobieństwo rozchodzenia się fal głosowych w powietrzu. Tymczasem, mając na względzie, że
|
|
|
|
każdy ruch falowy jest ruchem oscylacyjnym, ale nie każda oscylacja jest falą |
|
|
|
i wiedząc, że światło niezależnie od barwy porusza się zawsze z tą samą prędkością 300 tysięcy kilometrów na sekundę, należało barwę światła wyrazić poprzez częstość oscylacji. |
|
|