Jaká je rychlost světla - ve vzduchu, vodě i vakuu

Světlo fascinuje vědce stovky let. Ať už zkoumají jeho komplikovanou podstatu či světelnou rychlost, přichází vesmírní badatelé stále s novými teoriemi. Na jednom se ale shodují všichni, a to že rychlost světla nelze nijak překročit, nýbrž pouze zpomalit při průchodu různým prostředím. Pojďme se tedy zaměřit na rychlost světla, ať už se šíří vzduchem, vodou, vakuem či pevnými objekty jako třeba sklo.

Rychlost světla ve vakuu - Ve vzduchu - Ve vodě
Jednotka světla - Světelný rok - Jak se šíří světlo
Světlo vs. Zvuk

Foto: Pixabay

Rychlost světla (ve vakuu)

Světelná rychlost je nejvyšší možná rychlost, jakou se může ve vesmíru šířit informace. Žádný objekt ani cokoli jiného se nemůže pohybovat rychleji. Jako rychlost světla se udává 300 tisíc km/s, což odpovídá rychlosti v dokonalém vakuu. Jelikož vesmír není dokonalé vakuum, světlo se v něm šíří nepatrně pomaleji, přesně 299 792 458 m/s. To v přepočtu odpovídá 1 079 252 848 km/h, světlo tedy urazí více jak miliardu kilometrů za hodinu.

V různých prostředích se rychlost světla zpomaluje, např. ve vodě nebo skle. Podívejte na následující přehled:

Rychlost světla přehled – m/s, km/s

Rychlost světla ve vzduchu

Vzduchem se světlo šíří rychlostí 299 702 547 m/s, tedy o 89 kilometrů za sekundu pomaleji než ve vakuu.

Pokud prochází vzduchem, který pro světlo přestavuje materiál plný částic, zpomaluje se. Toto zpomalení souvisí s indexem lomu materiálu, což je odborný termín pro to, jak moc se světlo při vstupu do materiálu ohýbá. Tento jev je patrný při průletu světla vodní hladinou.

Rychlost světla ve vodě

Světlo, které přechází ze vzduchu do vody, se ohýbá a zpomaluje. Díky tomuto lomu světla můžeme vypočítati jeho rychlost/zpomalení. Jaká je tedy rychlost světla ve vodě? Index lomu, který představuje míru zpomalení oproti rychlosti světla ve vakuu, je u vody 1,33. Zpomalení je tedy o 75 tisíc km/h, což znamená, že rychlost světla ve vodě činí 225 000 km/s.

Na začátku jsme si řekli, že nic se nemůže pohybovat rychleji než světlo. Není to ale absolutní pravda právě proto, že v různých prostředích se rychlost světla zpomaluje. Když se tedy ve vodě rychlost světla sníží zhruba na dvě třetiny, potom je možné, aby např. vysokoenergetický elektron tuto sníženou rychlost světla překonal. Ve vodě se tedy může částice pohybovat nadsvětelnou rychlostí. Tento jev pozorují vědci v podzemních detektorech či jaderných reaktorech.

Jednotka světla - lux, lumen, kandela a převod

Světlo lze měřit z několika hledisek, přičemž v běžném životě nás nejčastěji zajímají:

• Intenzita osvětlení (lux)
• Světelný tok (lumen)
• Svítivost (kandela)

Intenzita osvětlení - jednotka lux

Chcete-li zjistit, jak moc je váš obývák osvětlen, nebo-li kolik světla se v místnosti nachází, zajímá vás intenzita světla měřená jednotkou lux (lx). K měření osvětlení se používá zařízení zvané luxmetr.

Běžná hodnota osvětlení ve vnitřních prostorech se pohybuje v rozmezí 100 –2000 lx. Ve slunečný letní den na otevřeném prostranství lze naměřit hodnoty větší než 70 tisíc lx. Jasná měsíční noc při úplňku představuje osvětlení do 0,5 lx.

Světelný tok - jednotka lumen

Světlo se šíří pomocí světelných zdrojů, kterým je každé těleso, v němž světlo vzniká a z něhož vyzařuje do okolí. Zdroje světla dělíme na přirozené a umělé:

• Mezi přirozené zdroje patří například Slunce, hvězdy, Měsíc, oheň, blesky či žhavá láva.
• Umělé zdroje (vytvořené člověkem) jsou žárovky, zářivky, výbojky nebo světelné diody.

Dalším parametrem měření světla tedy je, kolik určitý zdroj vyprodukuje světla, nebo-li množství světla vyzářeného za určitý čas. Odborně se označuje jako světelný tok a udává se jednotkou lumen (lm). Klasická 100 wattová žárovka má světelný tok zhruba 1000 lm.

Svítivost - jednotka kandela

Světelný tok bývá zaměňován s třetím parametrem, a tím je svítivost. Ta udává sílu světla nebo-li jas. Čím větší množství světla (lm) bude dopadat na malou plochu (úzký kužel), tím větší svítivosti bude dosaženo. Vysokou svítívost mají např. reflektory aut.

Míra svítivosti se měří jasoměrem v jednotkách kandela na metr čtvereční - cd/m2.

Světelný rok

Vzhledem k obrovským vzdálenostem, které světlo v nekonečném vesmíru plném galaxií urazí, se vzdálenost mezi hvězdami neměří v kilometrech, ale ve světelných letech. Světelný rok je vzdálenost, kterou světlo urazí za jeden rok. Světelný rok se tedy rovná 9,5 bilionu kilometrů.

Vzdálenost Země od nejbližší hvězdy za naším Sluncem, Proximy Centauri, je přibližně 4,24 světelného roku. Průměr naší galaxie, Mléčné dráhy, se odhaduje na 150 000 světelných let. To znamená, že světlu trvá 150 tisíc let, než dolétne z jednoho konce galaxie na druhý.

Když tedy sledujeme souhvězdí na noční obloze vzdálené stovky světelných let, díváme se stovky let do minulosti. Některé z hvězd, které vidíme, už dnes dokonce ani neexistují. Světelné vlny nesoucí jejich obraz ale stále putují vesmírem až k našim očím.

Co je světlo a jak se šíří

Povaha světla je velmi složitá. Isaac Newton a další velcí učenci se domnívali, že jde o proud částic menších než atomy. Christiaan Huygens ho zas považoval za vlnu. Později se ukázalo, že světlo je obojí, částice i vlnění.

Někdy se světlo chová jako blok malých částic, které nazýváme fotony. Ty nemají žádnou hmotnost a jsou jedinými částicemi ve vesmíru, které se mohou pohybovat nejvyšší možnou rychlostí. Jindy se světlo chová jako vlna s vlastní frekvencí a vlnovou délkou. Tento jev je znám jako dualismus světla.

Z fyzikálního hlediska je tedy světlo elektromagnetické vlnění, které se zároveň projevuje jako tok částic/fotonů.

Co je rychlejší světlo nebo zvuk?

Světlo se pohybuje mnohonásobně rychleji než zvuk. Nejrychleji se zvuk pohybuje v pevných látkách, a to dokonce několikanásobně rychleji než ve vzduchu. Např. ve skle dosahuje zvuk rychlosti přes 5 km/s (téměř 19 tisíc km/h), což se však stále ani nepřibližuje rychlosti světla. Více se o rychlosti zvuku si můžete přečíst v tomto článku.