Długość
Długość jest jedną z podstawowych wielkości fizycznych. Jest to jeden z wymiarów przestrzeni. Długość pozwala nam ustalić położenie ciała fizycznego w przestrzeni względem innego ciała. Wielkość tę wyrażamy w układzie SI w metrach.
Do niedawna metr definiowano na podstawie pewnej fundamentalnej zasady, że prędkość światła w próżni jest stała. Skoro tak, to w ściśle określonym czasie, przebyta przez światło droga, jest zawsze i wszędzie jednakowa. .
Od 20 maja 2019 roku obowiązuje następująca definicja metra:
Jeszcze wcześniej do określania metra używano różnych wzorców:
- odległość między dwoma nacięciami na sztabie z bardzo trwałego stopu platynowo-irydowego, przechowywanego w specjalnych warunkach w Sevres pod Paryżem;
- 1/10 000 000 odległości od bieguna północnego do równika, mierzonej wzdłuż południka przechodzącego przez Paryż;
- 1650763,73 długości fali linii 2p10-5d5 emitowanej przez atomy izotopu 86Kr podczas wyładowania elektrycznego.
Jak widać, obecny wzorzec jednego metra jest prosty, bardzo dokładny, niezniszczalny, dostępny i niezmienny.
Poniżej zestawiono inne jednostki długości:
| Nazwa jednostki | Symbol | Przelicznik | Opis |
|---|---|---|---|
| jednostka astronomiczna | AU | 1 AU = 149 600 000 m (wartość przybliżona) | Jest to średnia odległość Ziemi od Słońca |
| parsek | pc | 1 pc = 3,0857 x 10 16 m = 3,26 roku świetlnego (wartość przybliżona) | Jest to odległość, przy której paralaksa roczna jest równa jednej sekundzie łuku; legalna jednostka długości |
| angstrem | Å | 10 -10 m | jednostka długości spoza układu SI |
| cal (ang. inch) | in | 1 in = 25,4 mm = 0,0254 m | Angielska i amerykańska jednostka długości. |
| stopa (ang. foot) | ft | 1 ft = 12 in = 0,3048 m | Angielska i amerykańska jednostka długości. |
| jard (ang. yard) | yd | 1 yd = 3 ft = 36 in = 0,9144 m | Angielska i amerykańska jednostka długości. |
| mila lądowa(ang. mile) | M, mile | 1 M = 1760 yd = 1609,344 m | Angielska i amerykańska jednostka długości. |
| mila morska | NM, n mile | 1 NM = 1852 m | Legalna jednostka długości stosowana w żegludze |
| rok świetlny | - | 1 r.ś = 9,46 x 1015 m = 0,307 pc (wartość przybliżona) | Jest to odległość, jaką światło pokonuje w ciągu 1 roku. |
| mikron | µ | 1 µ = 10-6 m = 1 µm | Rzadko stosowana nazwa równoważna mikrometrowi; jednostka spoza układu SI |
Poniżej kilka przykładowych odległości, z którymi mamy do czynienia w przyrodzie:
| Wielkość | Odległość |
|---|---|
| odległość do najbliższej galaktyki | 24 000 000 000 000 000 000 000 m |
| średnica Drogi Mlecznej | 1000 000 000 000 000 000 000 m |
| odległość do gwiazdy Alpha Centauri | 42 000 000 000 000 000 m |
| odległość Ziemi do Słońca | 149 597 870 691 m |
| promień Ziemi | 6 400 000 m |
| wysokość Mount Everest | 8 850 m |
| wysokość człowieka | 1,8 m |
| grubość kartki papieru | 0,000 1 m |
| rozmiar największego wirusa | 0,000 000 7 m |
| promień atomu wodoru | 0,000 000 000 05 m |
| promień protonu | 0,000 000 000 000 001 m |
Niepewność pomiaru
Każdy pomiar wielkości fizycznej jest obarczony niepewnością pomiarową, co oznacza, że wynik pomiaru nie jest wartością dokładną, lecz przybliżoną. Niepewność wynika m.in. z:
- ograniczonej dokładności przyrządów pomiarowych,
- warunków przeprowadzania pomiaru,
- wpływu obserwatora lub metody pomiarowej.
Dlatego wynik pomiaru zapisuje się zawsze w postaci: wartość ± niepewność, np. długość = 2,00 m ± 0,01 m. Oznacza to, że rzeczywista wartość długości mieści się w przedziale od 1,99 m do 2,01 m.
Uwzględnianie niepewności pomiaru:
- pozwala ocenić wiarygodność wyniku,
- umożliwia porównywanie wyników pomiarów,
- jest podstawą współczesnej fizyki eksperymentalnej.
W fizyce mierzymy zawsze z określoną dokładnością (niepewnością) — i to właśnie ta niepewność jest integralną częścią wyniku pomiaru.
Długość a teoria względności
W fizyce klasycznej długość traktuje się jako wielkość stałą i niezależną od obserwatora. Jednak zgodnie ze szczególną teorią względności długość obiektu zależy od układu odniesienia.
Jeżeli ciało porusza się względem obserwatora z dużą prędkością (porównywalną z prędkością światła), jego długość w kierunku ruchu ulega skróceniu.
Oznacza to, że:
- długość zależy od układu odniesienia,
- długość zależy od prędkości obiektu względem obserwatora,
- różni obserwatorzy mogą zmierzyć różne długości tego samego obiektu.
W praktyce efekt ten jest zauważalny dopiero przy bardzo dużych prędkościach, dlatego w większości codziennych sytuacji można go pominąć. Jednak z punktu widzenia współczesnej fizyki jest to istotna właściwość długości.
Długość nie jest absolutna – w nowoczesnej fizyce zależy od ruchu obserwatora i układu odniesienia.
Ciekawostki
Gdyby to było możliwe, to podróż na Słońce pieszo zajęłaby nam ponad 3500 lat, rowerem około 1500 lat, samochodem 170 lat.
Światło potrzebuje około 8 minut na pokonanie odległości ze Słońca do Ziemi. Patrząc na naszą gwiazdę, widzimy ją taką, jaką była właśnie 8 minut temu. Gdyby na Słońcu zdarzyło się coś spektakularnego, na przykład jakiś wybuch, zobaczylibyśmy to zjawisko dopiero po 8 minutach.
Powiązane materiały
Czas
Masa
Długość, czas i masa
© medianauka.pl, 2008-06-17, A-53/57
Data aktualizacji artykułu: 2021-10-23
