Чтобы составить первое представление о скорости света, датский астроном Олаф Рёмер был вынужден добрый десяток лет отслеживать затмения спутников Юпитера. Нам повезло больше: спустя почти 350 лет каждый из нас может в любой момент измерить скорость света с помощью обычной микроволновки.
Как измерить скорость света в... микроволновке? Опыт «ПМ»!

Это один из самых простых опытов на практике, однако за ним стоит весьма сложная теория, в том числе понятие стоячей волны. Чтобы разобраться, что такое стоячая волна, можно прочитать гору книг и выучить много формул, но проще поставить небольшой эксперимент. Возьмите в руку один конец бельевой веревки и попробуйте пустить по ней волну. Если приноровиться, можно подобрать такую частоту колебаний, что волна будет непрерывно распространяться вдоль веревки. При этом в определенных точках амплитуда колебаний будет максимальной, а в каких-то — практически нулевой. Это и есть стоячая волна, причем места с максимальной амплитудой называются пучностями, а с минимальной — узлами.

Стоячие волны образуются и в микроволновой печи. Именно поэтому в каждой микроволновке есть вращающийся стол — в противном случае еда прогревалась бы только в районе пучностей, а около узлов оставалась бы холодной. Для нашего опыта вращающееся блюдо нужно убрать. Постелите на дно печи салфетку и установите на пару картонных подставок плитку шоколада, как показано на фотографии справа. Чем больше плитка, тем лучше: большая площадь повышает шансы обнаружить пучности.

Включите микроволновку и внимательно следите за плиткой через окошко. Выключите печь, как только шоколад начнет плавиться (по нашему опыту на это потребуется от 15 до 40 секунд в зависимости от толщины плитки). Шоколадка должна подплавиться в районе пучностей. Измерьте расстояние между ними: у нас получилось примерно 6 см.

Это расстояние — половина длины волны. Чтобы узнать скорость распространения волны, нужно умножить длину волны на ее частоту. Частоту можно посмотреть на задней стенке печи: она составляет 2450 МГц, то есть 2?450?000?000 колебаний в секунду. Умножив это число на 0,06 м и на 2, получим 294 000 000 м/с.

В 1975 году Генеральная конференция по мерам и весам рекомендовала принять скорость света в вакууме за 299 792 458 м/с. Согласитесь, наше измерение вышло довольно точным для шоколадки.

Подставки для шоколадки лучше складывать из упаковок продуктов, специально предназначенных для разогревания в микроволновой печи. Обычный картон, особенно крашеный, может воспламениться.
Лучше, если печь будет иметь мощность более 1000 Вт. Слабые 700-ваттные модели слишком медленно плавят шоколад, поэтому плитка успевает прогреться равномерно и пучности проявляются едва заметно.
Если печь достаточно мощная, лучше выключить ее сразу же, как только у шоколадки начнут слегка подплавляться края. Небольшие ямки в точках пучности волны позволят провести более точные измерения и избежать полного расплавления плитки.

Фото
На примере с веревкой можно убедиться, насколько эффективно поперечная волна передает энергию в пространстве. Подобрав частоту колебаний, вы увидите, что узлы волны располагаются в пространстве статично и практически не двигаются.

Статья «Измеряем скорость света» опубликована в журнале «Популярная механика» (№3, Март 2016).