Текст книги "Большая Советская Энциклопедия (СК)"

Скорость света

Ско'рость све'та в свободном пространстве (вакууме) с, скорость распространения любых электромагнитных волн (в т. ч. световых); одна из фундаментальных физических постоянных , огромная роль которой в современной физике определяется тем, что она представляет собой предельную скорость распространения любых физических воздействий (см. Относительности теория ) и инвариантна (т. е. не меняется) при переходе от одной системы отсчёта к другой. Никакие сигналы не могут быть переданы со скоростью, большей с, а со скоростью с их можно передать лишь в вакууме. Величина с связывает массу и полную энергию материального тела; через неё выражаются преобразования координат, скоростей и времени при изменении системы отсчёта (Лоренца преобразования ); она входит во многие другие соотношения. Под С. с. в среде с' обычно понимают лишь скорость распространения оптического излучения (света); она зависит от преломления показателя среды n, различного, в свою очередь, для разных частот v излучения (дисперсия света ); с' (n) = c/n (n). Эта зависимость приводит к отличию групповой скорости от фазовой скорости света в среде, если речь идёт не о монохроматическом свете (для С. с. в вакууме эти две величины совпадают). Экспериментально определяя с', всегда измеряют групповую С. с. либо т. н. скорость сигнала, или скорость передачи энергии, только в некоторых специальных случаях не равную групповой.

  Как можно более точное измерение величины с чрезвычайно важно не только в общетеоретическом плане и для определения значений других физических величин, но и для практических целей (см. ниже). Впервые С. с. определил в 1676 О. К. Рёмер по изменению промежутков времени между затмениями спутника Юпитера Ио. В 1728 то же проделал Дж. Брадлей , исходя из своих наблюдений аберрации света звёзд. На Земле С. с. первым измерил – по времени прохождения светом точно известного расстояния (базы) – в 1849 А. И. Л. Физо . (Показатель преломления воздуха очень мало отличается от 1, и наземные измерения дают величину, весьма близкую к с.) В опыте Физо пучок света периодически прерывался вращающимся зубчатым диском, проходил базу (около 8 км ) и, отразившись от зеркала, возвращался на периферию диска (рис. 1 ). Падая при этом на зубец, свет не достигал наблюдателя, попадая в промежуток между зубцами, – регистрировался наблюдателем. По известным скоростям вращения диска определялось время прохождения светом базы. Физо получил с = 315 300 км/сек.

  В 1862 Ж. Б. Л. Фуко реализовал высказанную в 1838 идею Д. Араго , применив вместо зубчатого диска быстровращающееся (512 об/сек ) зеркало. Отражаясь от зеркала, пучок света направлялся на базу и по возвращении вновь попадал на это же зеркало, успевшее повернуться на некоторый малый угол (рис. 2 ). При базе всего в 20 м Фуко нашёл, что С. с. равна 298000 ± 500 км/сек. Схемы и основные идеи опытов Физо и Фуко были многократно использованы на более совершенной технической основе др. учёными, измерявшими С. с. Наибольшего развития метод Фуко достиг в работах А. Майкельсона (1879, 1902, 1926). Полученное им в 1926 значение с = 299/96 ± 4 км/сек было тогда самым точным и вошло в интернациональные таблицы физических величин.

  Измерения С. с. в 19 в. не только выполнили свою непосредственную задачу, но и сыграли чрезвычайно большую роль в физике. Они дополнительно подтвердили волновую теорию света (см. Оптика ), уже достаточно обоснованную другими экспериментами (Фуко, 1850, сравнение С. с. одной и той же частоты n в воздухе и воде), а также установили тесную связь оптики с теорией электромагнетизма – измеренная С. с. совпала со скоростью электромагнитных волн, вычисленной из отношения электромагнитной и электростатических единиц электрического заряда (опыты В. Вебера и Ф. Кольрауша в 1856 и последующие более точные измерения Дж. К. Максвелла ). Последнее явилось одним из отправных пунктов при создании Максвеллом электромагнитной теории света в 1864—73. Кроме того, измерения С. с. вскрыли глубокое противоречие в основных теоретических посылках физики того времени, связанных с представлением о мировом эфире . Эти измерения давали аргументы в пользу взаимоисключающих гипотез о поведении эфира при движении через него материальных тел (анализ явления аберрации света английским физиком Дж. Б. Эри в 1871 и Физо опыт 1851, повторённый в 1886 Майкельсоном и Э. Морли, результаты которых поддерживали концепцию частичного увлечения эфира; Майкельсона опыт 1881 и 1887 – последний совместно с Морли, – отвергший какое-либо увлечение эфира). Разрешить это противоречие удалось лишь в специальной теории относительности (А. Эйнштейн , 1905).

  В современных измерениях С. с. используется модернизированный метод Физо (модуляционный метод) с заменой зубчатого колеса на электрооптический, дифракционный, интерференционный или какой-либо иной модулятор света, полностью прерывающий или ослабляющий световой пучок (см. Модуляция света ). Приёмником излучения служит фотоэлемент или фотоэлектронный умножитель . Применение лазера в качестве источника света, ультразвукового модулятора со стабилизированной частотой и повышение точности измерения длины базы позволили снизить погрешности измерений и получить значение с = 299792,5 ± 0,15 км/сек. Помимо прямых измерений С. с. по времени прохождения известной базы широко применяются т. н. косвенные методы, дающие ещё большую точность. Так, методом микроволнового вакуумированного резонатора (английский физик К. Фрум, 1958) при длине волны излучения l = 4 см получено значение с = 299792,5 ±  0,1 км/сек. Погрешность определения С. с. как частного от деления независимо найденных l и n атомарных или молекулярных спектральных линий ещё меньше. Американский учёный К. Ивенсон и его сотрудники в 1972 по цезиевому стандарту частоты (см. Квантовые стандарты частоты ) нашли с точностью до 11 знаков частоту излучения СН₄ -лазера, а по криптоновому стандарту частоты – его длину волны (около 3,39 мкм ) и получили с = 299792456,2 ± 0,8 м/сек. К настоящему времени (1976) по решению XII Генеральной ассамблеи Международный союза по радиосвязи (1957) принято считать С. с. в вакууме равной 299792 ± 0,4 км/сек.

  Знание точной величины С. с. имеет большое практическое значение, в частности в связи с определением расстояний по времени прохождения радио– или световых сигналов в радиолокации , оптической локации и дальнометрии. Особенно широко этот метод применяется в геодезии и в системах слежения за искусственными спутниками Земли ; он использован для точного измерения расстояния между Землёй и Луной и для решения ряда других задач.

  Лит.: Вафиади В. Г., Попов Ю. В., Скорость света и ее значение в науке и технике, Минск, 1970; Тейлор Б. Н., Паркер В., Лангенберг Д., Фундаментальные константы и квантовая электродинамика, пер. с англ., М., 1972; Розенберг Г. В., Скорость света в вакууме, «Успехи физических наук», 1952, т. 48, в. 4; Froome К. D., «Proceedings of Royal Society», 1958, ser A, v. 247, p. 109; Eveitson K. et al, 1972 Annual Meeting of the Optical Society of America, San Francisco, 1972.

  А. М. Бонч-Бруевич.

Рис. 1. Определение скорости света методом «зубчатого колеса» (методом Физо). S – источник света; W – вращающееся зубчатое колесо с изменяемой скоростью вращения и точно известными ширинами зубцов и промежутков а между ними; N – полупрозрачное зеркало; М – отражающее зеркало; MN – точно измеренное расстояние (база); Е – окуляр. Наблюдатель регистрирует в Е свет наибольшей яркости, когда время прохождения светом расстояния NM и обратно равно времени поворота W на целое число зубцов (1, 2, 3 и т. д.). Пучок лучей света при этом проходит строго посередине между зубцами как на участке NM, так и при обратном ходе MN.

Рис. 2. Определение скорости света методом вращающегося зеркала (методом Фуко). S – источник света; R – быстровращающееся зеркало; С – неподвижное вогнутое зеркало, центр которого совпадает с осью вращения R (поэтому свет, отраженный С, всегда падает обратно на R); М – полупрозрачное зеркало; L – объектив; Е – окуляр; RC – точно измеренное расстояние (база). Пунктиром показаны положение R, изменившееся за время прохождения светом пути RC и обратно, и обратный ход пучка лучей через L. L собирает отраженный пучок в точке S’, а не вновь в точке S, как это было бы при неподвижном зеркале R. Скорость света устанавливают, измеряя смещение SS’.

Скорость химической реакции

Ско'рость хими'ческой реа'кции, величина, характеризующая интенсивность реакции химической . Скоростью образования продукта реакции называется количество этого продукта, возникающее в результате реакции за единицу времени в единице объёма (если реакция гомогенна) или на единице площади поверхности (если реакция гетерогенна). Для исходных веществ аналогичным образом определяется скорость их расходования. Количества веществ выражают в молях . Тогда скорости образования продуктов и расходования исходных веществ относятся как стехиометрия, коэффициенты этих веществ в уравнении реакции. Например, в случае реакции N₂ + ЗН₂ = 2NH₃ скорость расходования водорода в 3 раза, а скорость образования аммиака в 2 раза больше скорости расходования азота. Отношение скорости образования продукта реакции, или скорости расходования исходного вещества, к соответствующему стехиометрическому коэффициенту называется С. х. р. В случае гомогенной реакции, происходящей в закрытой системе постоянного объёма, С. х. р. , где c_i – концентрация продукта реакции, т. е. число молей его в единице объёма, b_i — стехиометрический коэффициент этого вещества, t – время. Это уравнение применимо и к исходному веществу, если, как принято, стехиометрические коэффициенты исходных веществ считать отрицательными.

  Для технических целей скорости гетерогенно-каталитических реакций обычно рассчитывают не на единицу поверхности катализатора, а на единицу массы катализатора или на единицу объёма слоя гранул катализатора.

  С. х. р. может варьировать в чрезвычайно широких пределах – от очень малой (в случае геологического процессов, длящихся миллионы лет) до очень большой (в случае ионных реакций, завершающихся за миллионные доли секунды). О теории С. х. р. см. Кинетика химическая .

  Для измерения С. х. р. служат разнообразные методы. Выбор метода определяется характером реакции и её скоростью. Не затрагивая реакций специальных типов (электродные, фотохимические, радиационно-химические), охарактеризуем основные методы измерения скоростей обычных реакций, обусловленных энергией теплового движения. При использовании статического метода реакцию проводят в замкнутом сосуде. О её скорости судят по изменению состава реагирующей смеси на основании анализа проб или по какому-либо свойству реагирующей смеси, зависящему от состава. В случае газовых реакций, сопровождаемых изменением числа молекул, часто следят за реакцией по изменению давления. Проточный метод заключается в том. что реагирующую смесь пропускают с постоянной скоростью сквозь зону реакции: для гетерогенной реакции – это обычно объём, заполненный гранулами катализатора; в случае гомогенной реакции – область повышенной температуры. Степень превращения исходных веществ в продукты определяют по составу смеси, выходящей из зоны реакции.

  Оба указанных метода просты для осуществления, но не дают непосредственно значения С. х. р. В статической системе состав реагирующей смеси, а следовательно и С. х. р., изменяется во времени; поэтому требуется дифференцирование измеренной величины концентрации по времени для определения скорости реакции или интегрирование по времени теоретические выражения скорости реакции для сопоставления его с опытными данными. В случае проточного метода состав реагирующей смеси не зависит от времени, но различен в разных участках зоны реакции; поэтому сопоставление теоретического выражения для С. х. р. с результатами опыта требует предварительного интегрирования этого выражения по объёму зоны реакции.

  Прямое измерение скорости гомогенной реакции достигается с помощью проточного перемешиваемого реактора. В сосуд, снабженный мощной мешалкой, с постоянной скоростью вводят исходные вещества и выводят реагирующую смесь так, чтобы её количество в реакционном сосуде было постоянно. При установившемся стационарном состоянии анализ отбираемой смеси показывает состав реагирующей смеси. Зная, кроме того, скорость отбора этой смеси, определяют количество вещества, образовавшегося в результате реакции за единицу времени, а отсюда – С. х. р. Для гетерогенно-каталитических процессов с неподвижным катализатором эквивалентом описанного метода является проточно-циркуляционный метод: однородность состава реагирующей смеси в зоне реакции достигается с помощью создаваемой насосом интенсивной циркуляции реагирующей смеси. Проточные перемешиваемые реакторы и проточно-циркуляционные системы принадлежат к классу безградиентных реакторов, называемых так потому, что в них практически отсутствуют градиенты (перепады) концентраций, а также температуры в зоне реакции.

  Особые трудности возникают при изучении очень быстрых реакций в растворах. Если реакция успевает пройти в значительной степени за время, которое требуется для смешения растворов исходных веществ, то обычные методы непригодны. Задача измерения скоростей таких реакций решается с помощью релаксационных методов, разработанных М. Эйгеном . Система, в которой может происходить обратимая реакция, вначале находится в состоянии равновесия химического . Затем весьма быстро изменяют параметр, влияющий на значение константы равновесия: температуру, давление или электрическое поле. Система переходит к новому состоянию равновесия в течение некоторого времени; этот процесс называется релаксацией . Следя за изменением состава каким-либо безынерционным методом (например, по электропроводности), определяют С. х. р. Удаётся наблюдать время релаксации до 10^-6 сек: таким путём была измерена, например, скорость реакции Н⁺ + OH^- = H₂ O в воде.

  Лит.: Кондратьев В. Н., Определение констант скорости газофазных реакций, М., 1971; Колдин Е., Быстрые реакции в растворе, пер. с англ., М., 1966; Проблемы теории и практики исследований в области катализа, под ред. В. А. Ройтера, К., 1973, гл. 3; Уэйт Н., Химическая кинетика, пер. с англ., М., 1974.

  М. И. Тёмкич.

«Скороход»

«Скорохо'д», см. Ленинградское обувное объединение «Скороход» .

Скороходова Ольга Ивановна

Скорохо'дова Ольга Ивановна [р. 11(24).7.1914, с. Белозёрка, ныне Херсонской области], советский учёный в области дефектологии, педагог, литератор, кандидат педагогических наук (по психологии, 1961). Вследствие перенесённого в 5-летнем возрасте менингита утратила зрение, затем слух. В 1925—41 прошла курс общеобразовательной средней школы в Харьковской школе-клинике для слепоглухонемых детей, у С. была восстановлена звуковая речь. Дальнейшее образование продолжала в Москве в 1944—48 под руководством профессора И. А. Соколянского. С 1948 научный сотрудник Научно-исследовательского института дефектологии АПН СССР (до 1965 – АПН РСФСР). Автор монографий: «Как я воспринимаю окружающий мир» (1947, удостоена 1-й премии К. Д. Ушинского), «Как я воспринимаю и представляю окружающий мир» (1954, 2-я премия К. Д. Ушинского, книга переведена на многие иностранные языки), «Как я воспринимаю, представляю и понимаю окружающий мир» (1972, 1-я премия АПН СССР). Работы С. по проблемам развития, воспитания и обучения слепоглухонемых детей имеют важное значение для понимания развития психики человека, страдающего слепоглухонемотой . С. ведёт общественно-педагогическую работу как лектор и автор статей в журналах для слепых и глухих. Награждена орденом Трудового Красного Знамени,

  Р. Л. Мареева.

Скорпенообразные

Скорпенообра'зные, панцирнощёкие, костнощёкие (Scorpaeniformes), отряд костистых рыб. Некоторые ихтиологи включают С. в отряд окунеобразных. Задняя часть второй подглазничной косточки имеет вид отростка разной формы («подглазничная опора»), достигающего обычно до предкрышечной кости. У большинства С. имеются брюшные плавники, расположенные под грудными; спинных плавников обычно 2. Плавательный пузырь, отсутствующий у многих С., не соединён с пищеводом. 6 подотрядов, включающих 31 семейства (около 300 родов). Распространены во всех морях от Арктики до Антарктики, а также в пресных водах Евразии и Северной Америки. Преимущественно донные и придонные рыбы, реже обитают в толще воды (терпуги , голомянки ). Одни мечут икру, другие – живородящи (морские окуни , голомянки). Некоторые заботятся о потомстве (пинагор ).

  Многие С. – ценные промысловые рыбы (морские окуни, терпуги, угольная рыба ). Некоторые (например, крылатка красная , бородавчатка ) имеют шипы, у основания которых лежат железы, выделяющие чрезвычайно токсичный яд; уколы этих шипов очень опасны и для человека.

Скорпены

Скорпе'ны, скорпеновые (Scorpaenidae), семейство рыб отряда скорпенообразных, который ряд ихтиологов включает в отряд окунеобразных . Длина тела до 90 см, весят обычно 1,5—2 кг. Голова большая, вооружена шипами. В плавниках имеются колючие лучи. У основания лучей спинного плавника расположены железы, вырабатывающие ядовитый секрет. Более 70 родов. Распространены в морях жаркого и умеренного поясов. В морях СССР 4 рода (с 13 видами), в т. ч. в Баренцевом, Чёрном и дальневосточных морях – морские ерши , морские окуни (например, Sebastes) и др. Держатся на каменистых грунтах. Некоторые виды живородящи. Хищники, питаются рыбой и ракообразными. Имеют большое промысловое значение; добываются тралами.

  Лит.: Андрияшев А. П., Рыбы северных морей СССР, М. – Л., 1954; Никольский Г. В., Частная ихтиология, 3 изд., М., 1971; Линдберг Г. У., Определитель и характеристика семейств рыб мировой фауны, Л., 1971.

«Скорпион»

«Скорпио'н», русское издательство, существовавшее в Москве в 1900—16. Принадлежало С. А. Полякову (1874—1948); руководящую роль в издательстве играл В. Я. Брюсов. «С.» впервые в России начал издавать западноевропейских писателей-модернистов и книги русских символистов (К. Д. Бальмонт, Брюсов, Ю. К. Балтрушайтис, А. Белый, А. А. Блок, Вяч. Иванов, З. Н. Гиппиус, М. А. Кузмин и др.). В 1904—09 в издательстве выходил журнал «Весы»; в 1901—04 и 1911 вышло 5 выпусков альманаха «Северные цветы». Много внимания уделялось художественному оформлению книг, для чего привлекались преимущественно художники «Мира искусства» .

Скорпион

Скорпио'н (лат. Scorpius), зодиакальное созвездие (см. Зодиак ), наиболее яркие звёзды 0,8—1,2 (Антарес ), 1,6 и 1,9 визуальной звёздной величины . Наилучшие условия для наблюдений в мае – июне, видно полностью в южных и частично в центральных районах СССР. См. Звёздное небо .

Скорпионовы мухи

Скорпио'новы му'хи, скорпионницы (Mecoptera), отряд насекомых с полным превращением. Тело длиной до 3 см. Крылья (2 пары) одинаковые сетчатые прозрачные или с тёмными пятнами. Голова клювообразно вытянута, ротовой аппарат – грызущий. Задний конец брюшка у некоторых С. м. со вздутием, напоминающим конец брюшка скорпиона (отсюда название). Куколка свободная. Около 300 видов, распространены повсеместно, обычно немногочисленны; в СССР свыше 10 видов. В ископаемом состоянии известны с перми. Собственно С. м. (сем. Panorpidae) – питаются мёртвыми насекомыми; личинки их похожи на гусениц, но имеют 8 пар брюшных ног. Биттаки (семейство Bittacidae) – похожи на долгоножек , но с 2 парами крыльев; хищники; личинки их тоже напоминают гусениц. О С. м. семейства Boreidae см. Ледничники .

  Лит.: Жизнь животных, т. 3, М., 1969.

Скорпионница обыкновенная (Panorpa communis).

Скорпионы

Скорпио'ны (Scorpionida), отряд беспозвоночных животных класса паукообразных . Тело длиной от 1 до 18 см, разделено на головогрудь и членистое брюшко, состоящее из двух отделов: широкого переднего и длинного, узкого заднего. Последний членик брюшка содержит 2 ядовитые железы, которые открываются на конце острого крючкообразного жала, служащего для защиты и нападения. Головогрудь несёт 3—6 пар глаз и 6 пар конечностей: маленькие хелицеры, большие ногощупальца (педипальпы) с клешнёй и 4 пары ног. Органы дыхания – лёгочные мешки, открывающиеся щелями на 3—6 сегментах брюшка. С. ведут ночной образ жизни. Питаются насекомыми, пауками, многоножками. Живородящи: в первые дни после рождения молодь сидит на матери. Около 500 видов; распространены в тропиках и субтропиках, как в пустынях, так и во влажных тропических лесах; в СССР—12 видов. Уколы С. очень болезненны для человека, а уколы крупных тропических С. могут оказаться смертельными.

  Лит.: Бялыницкии-Бируля А. А., Скорпионы. П., 1917 (Фауна России и сопредельных стран... Паукообразные, т. 1, в. 1); Догель В. А., Зоология беспозвоночных, 6 изд., М., 1975.

  А. В. Иванов.

Тропический скорпион из рода Pandinus.

Назад к карточке книги "Большая Советская Энциклопедия (СК)"