. Sada

Škola radi i eseji iz srednje škole
Traži školska

Posebnim zadatkom: posebna teorija relativnosti

1. SADRŽAJ Stranica: Sadržaj:
02:01 Sadržaj
2 2 Uvod
03:03 Svrha i pitanja
03:04 Ograničavanje rada
03:05 metoda i istraživanja lokacija
03:06 Teza
3 6.1 Povijest
5 6.2 Posebna teorija relativnosti
5 6.3 puta dilatacija
8 6.4 Doppler Efekt
11 6.5 Dodatak brzine
14 6.6 Duljina kontrakcije
15 6.7 Konkurentnost
16 6,8 mase ovisno o brzini
18 6.9 Momentum i kinetičke energije
19 6:10 četvrta dimenzija
21:07 Profila
23:08 Zaključna razmatranja
23:09 Reference

2. Uvod

Jag har valt att skriva om Albert Einsteins speciella relativitetsteori och tänker inrikta mig på att förklara vilka följder den får, de otroliga fenomen som uppstår när man närmar sig ljushastigheten, och hur den fullkomligt raserade Isaac Newtons högt ansedda lagar. Newtons mest väsentliga definitioner visade sig felaktiga! Hela forskarvärlden vändes upp och ner. Den delades i två läger där alla var mycket oeniga om hur vida den nya banbrytande teorin stämde eller ej. Hela vår logiska världsbild krossades till spillror när vi läste Einsteins teorier. Vi fick lära oss att tiden är relativ och olik för olika betraktare, och att längd och massa varierar beroende på hastigheten. Detta var, och är fortfarande, mycket svårt att förstå, men dock väldigt intressant. Många ansåg Einstein provocerande när han kom med uttalanden som: “Om ett vetenskapligt forskarresultat motsätter sig vårt förnuft, så är det förnuftet som har fel.”. Hur kan något som motsätter sig alla våra grundläggande logiska uppfattningar vara korrekt? Det tycks till en början låta lika osannolikt som att ett äpple skulle falla uppåt om man släpper det!

Einstein kom att bli något av ett helgon, inte bara bland forskare, utan även bland “vanligt” folk. Den största delen av folket förstod inte teorin, men känslan av att någon i alla fall vet hur världen hänger ihop, skapade en slags trygghet. Vi har alltid velat ha någon att tro på, vare sig det är kyrkan eller vetenskapen. Människan har i alla tider utforskat det okända och drömt om vad som kan finnas där. Våra förfäder tittade, precis som vi gör idag, upp mot den stjärnklara himlen och undrade vad som fanns där ute. Den drivande kraften att hela tiden få veta mer, förstå det vi inte förstår och att lära oss det vi inte kan, har tagit människosläktet till en topplacering i näringskedjan och gjort oss till ytterst intelligenta varelser. I sann Einstein-anda är dock allt relativt, så i jämförelse med de andra varelserna på jorden är vi mycket intelligenta, men kanske bleknar vi i jämförelse med andra civilisationer ute i universum?

Målet med detta arbete är att förklara och sammanfatta Einsteins speciella relativitetsteori. Efter att ha studerat det så ska läsaren ha fått veta lite mer, ha förstått lite mer och lärt sig lite mer om en av vår tids mest betydelsefulla och uppseendeväckande forskarteorier.

3. Syfte och frågeställningar

I mitt arbete tänker jag besvara följande frågeställningar:

 Hur förhåller sig massa, rörelseenergi och hastighet egentligen till varandra?
 Vad är längdkontraktion och varför uppkommer det?
 Vad är tidsdilatation och varför uppkommer det?
 Varför kan man inte alltid bara addera hastigheter?
 Varför är samtidighet ett relativt begrepp och vad är det egentligen?

4. Begränsning av arbetet

Jag har valt att begränsa mitt arbete så att det endast kommer att behandla Den speciella relativitetsteorin. Jag tänker inte skriva något om Albert Einsteins uppväxt och utbildning, utan endast en kortfattad historik där läsaren invigs i ämnet. Detta eftersom jag anser att läsarens förutsättningar att få en bra helhetsbild av teorin inte förbättras av information om Einsteins forskar- och privata bakgrund.

5. Metod och forskningsläge

Jag har arbetat metodiskt genom att, med utgångspunkt från mina frågeställningar, ge svar genom analys och framläggande av fakta.

Jag har kunnat konstatera att det inte längre forskas om den speciella relativitetsteorin i någon större omfattning. Hela forskarvärlden är ense om att teorin stämmer. Det finns dock en liten minoritet som inte tror på teorin. Jag får uppfattningen att de inte har de matematiska färdigheter som krävs för att bli övertygad. Eftersom de ickematematiska förklaringarna till teorierna, i synnerhet till den allmänna, är väldigt abstrakta är det förståeligt att alla inte ser dess innebörd och logik.

6. Avhandling

6.1 Historik

Albert Einstein je stavio 1905 do vrlo revolucionarno specijalnom teorijom relativnosti. Tu, objasnio je, između ostalog, do brzine svjetlosti je konstantna i da tjelesne mase zbog svoje brzine. Mnogi dijelovi Einsteinove teorije bile protivne Newtonovih zakona klasične mehanike i fizike. Einstein je došao do zaključka da su Newtonovi zakoni sile pri malim brzinama, ali je bio marginaliziran pri brzinama prišao brzine svjetlosti. Prema Newton i mnogi drugi prethodno znanstvenika, što se toga tiče, soba je bila apsolutni referentni okvir. Sve što se događa, događa se u odnosu na sobu. Soba je bila i linearna i ortogonalni, baš kao što smo to vidjeli. Najkraća udaljenost između dvije točke je ravna crta, što zvuči posve prirodno i vrlo razumna. Soba koja mi ljudi doživljavaju kroz naša osjetila je trodimenzionalna, ima visinu, širinu i dubinu.

U starijoj fizike, obično se govori o vremenu prije i nakon što je Einstein vjerovao da je svemir sačinjen od fino, svjetla i neprimjetan tvari, zove eter. Ova teorija je nastao kada je škotski fizičar James Clerk Maxwell je otkrio da je svjetlost zapravo val. Vjerovalo se tada da je svjetlost, baš kao i bilo koji drugi valova, mora imati nešto biti prevezena u i zašto su on i drugi znanstvenici zaključuju da mora postojati nevidljiva tvar koja ispunjava sve prostor u svemiru. Topic je postao poznat kao Maxwell eter, ili jednostavno Airwaves. Eter "zadatak" je nositi do apsolutne boravak, cijeli svijet je fizički referentni okvir. 1887 je, međutim, eksperiment koji će dokazati "eter vjetar" postojanje. To je znanstvenicima Michelson i Morley koji je razmišljao da se Zemlja kreće kroz kakve "eterhav" dok putuje kroz svemir. Jednom kad ste na putovanju kroz ovaj eterhav treba to bilo kao da putuje kroz zrak na Zemlji, koja je. to ne bi trebalo biti neka vrsta etera headwinds u suprotnom smjeru na brzini. Budući da je zvuk usporen protiv vjetra, mislili su da je čak i svjetlo bi trebalo biti to. I zvuk i svjetlo je doista val kreće kroz medij.

Oni su postavili izvor svjetla i svjetlost usmjerena paralelno s navodnim eter vjetrom, protiv polu-transparentno ogledalo da su pod kutom od 45  u odnosu na zraku (vidi sliku). Polovica svjetlo će se odraziti i ostatak ide kroz ogledalo. Dvije zrake svjetlosti na pravo koje između njih, a zatim će se pojaviti. Jedan od njih će se nastaviti paralelno s eter vjetra, a jedan će se izvoditi okomito na njega. Dvije svjetlosne zrake će se nastaviti točno istu udaljenost, a zatim udario u potpuno reflektirajuće zrcalo koje će izazvati ih da se vrate prema polu-reflektirajuća zrcala. Snažno svjetlo bi opet biti podijeljena, baš kao i prije. Izvorna snop svjetlosti bio usmjeren s lijeve strane na polu-reflektirajući ogledalo u sredini gdje svjetlo je podijeljena i nastavio desno gore. Kad su se dvije zrake svjetlosti ponovno upoznao svoju zrcalnu polovicu ih i pogodio čitanje dalekozor. Dvije zrake svjetlosti sada nije putovao točno iste udaljenosti, ali jedna od njih nije prešao eter vjetar i drugi otišao paralelno s njom.

Ova građevina je Michelson i Morley uvjereni da će oni biti u stanju prepoznati razliku između dvije zrake svjetlosti, i na taj način dokazati postojanje etera. Rezultat je, međutim, vrlo iznenađujuće. Razlika nije bila izmjerena! Sama Pokus je tako pažljivo učinjeno da bi pokazali razliku ako je bilo. Jedini zaključak koji Michelson i Morley mogao izvući je da ne postoji eter na sve. Ovaj rezultat zbunjen znanstvenici širom svijeta, a to nije bilo sve do Einsteinove specijalne teorije relativnosti prije izjava došla.

6.2 Posebna teorija relativnosti

Sa svojim vrhunskim teorija čvrsto stavio Einsteina na problem može biti riješen ako netko prihvati svoje sljedeća dva postulata:

1. To je za promatrača u principu nemoguće bilo kakve fizičke eksperimenata kako bi utvrdili je li on u stanju mirovanja ili u stanju odori pravocrtno, tj. ne ubrzano gibanje.
2. Brzina svjetlosti je univerzalna konstanta, ista za sve promatrače, bilo da se smatraju u mirovanju ili se kreće u odnosu na izvor svjetlosti.

To stopa mogla biti konstantna za sve situacije je teško prihvatiti za znanstvenike, ali to je vrlo konzistentan s Michelson i Morley eksperimenta.

Posebna teorija relativnosti se zove posebna jer se bavi samo sa događajima u odori pravocrtno gibanje. U njemu čitamo da je brzina svjetlosti u vakuumu je konstantna i označava c To, fizički najviše moguće brzine, kroz rigorozne eksperimente izmjerenih na 299.792 km / s. Einsteinova teorija je došao dati povoda mnogim neobičnim pojavama u fizici, kao što su vremenske dilatacije i duljinom kontrakcije. Sve pojave će biti detaljnije opisan kasnije u ovom radu. Drugi dio specijalne teorije relativnosti kaže da u sobi ima tri dimenzije, ali četiri! Svaki objekt ima odgovarajuće vrijeme sporije veće brzine ima. To je taj fenomen naziva vrijeme dilatacija. Ako objekt će putovati brzinom svjetlosti, vlastiti put stajati na mjestu. Međutim, to je nemoguće, jer mu je masa onda bi postala beskonačno velika, što je još jedan dio teorije. Objekt se ubrzano postaje kraći u smjeru kretanja, fenomen poznat kao duljinom kontrakcije.

6,3 Vrijeme dilatacija

Nakon što ste prihvatili i shvatili da je brzina svjetlosti konstantna, može se postaviti sljedeće pitanje: Kako se dvije različite promatrači, kreće u odnosu jedni prema drugima, mjerenje brzine svjetlosti iz jednog izvora svjetlosti? Jedini razuman i ispravan, zaključak je da je put mora ići na različitim brzinama. Ta se pojava naziva vrijeme dilatacija. Jedan promatrač će uočiti da je drugi sat je prespor, i obrnuto.

Za ovo objasniti, evo klasičan primjer: Recimo da lampa i ogledalo se stavlja u svemirskom brodu. Kao što se vidi na slici, zovemo izvora svjetlosti L, ogledalo S, udaljenost između njih D i promatrača za A. bljesak svjetla emitiranog L i hitove s vremenom S. Watcher to svjetlo putuje na udaljenosti d prije nego padne na ogledalo. Stoga se može koristiti uređaj s lampe i ogledalo sat i D / C = t0 (prema t = s / v) kao jedinicu vremena.

Sada pretpostavljamo, umjesto da brod kreće u odnosu na Zemlju, a promatrač B. On vjeruje da bljesak svjetla je prešla dijagonale udaljenost, što je duže od d, kada ga pogodi ogledalo. To je zbog toga što sama svemirski brod je preselio na daljinu VT stranu, gdje t je vrijeme da iskustvo promatrača. To se protežu da B vjeruje da svjetlost je putovao postaje CT metara dug.

Ako mi zovemo vlastiti put, tj.. Vrijeme koje prolazi, za t0 i B je pravilno vremenu t, dobivamo da je udaljenost d je Ct0 metara dug i koristeći Pitagorin poučak, možemo utvrditi sljedeći odnos:

Koristeći Pitagorinom teoremu, slijedi Samand se postaviti.
Znali smo da je D = Ct0 i stoga zamjenjuje D s CT0.
Zagradama su uklonjene u obje faze.
Oduzimanje obje noge s v2t2.
Podjela obje strane c2.
T2 izbila u lijevoj nozi.
Odjel za obje strane s 1-v2/c2.
Korijen od obje strane.
Definitivno pojednostavljenje.
To je Einsteinova formula za vrijeme dilatacije.

Ako pogledate na formule u gore uspostavljen odnos, uskoro se na nazivnik sklon 0 za velikim brzinama i na 1 za niske. To čini fenomen vremenske dilatacije samo manifestira na brzinama približavaju onom svjetlu. Dobro poznati primjer je tzv Twin paradoksa. Recimo blizanca, A, odmah nakon rođenja se nalazi u svemirskom brodu i živjeti tamo tijekom njihovog 90-godišnjeg života. Raketa može usmjeriti do brzine 11 km / s; 90 godina od raketa će onda biti 2838240000 sekundi (prijestupna godina isključeni). No, za B na Zemlji će 90 godina biti će:

Kad se vrati na Zemlju nakon 90 godina, on sam vjeruje da je on 90 godina, dok je B vjeruje da je 90 godina plus 2 sekunde. Kao što se vidi po ovom primjeru, to će biti govora o nekim velikim vremenskim razlikama, iako smo se suočili 11 km / s (Zemljina Escape Velocity, brzine da raketa mora postići da bi mogli napustiti Zemljinu gravitacijskom polju) kao vrlo velikom brzinom. Ako raketa tijekom 90 godina umjesto da će putovati brzinom od 100.000 km / s, odnosno. c / 3, tako da je razlika u dva primjera se cijeli 5,5 godina! Ovaj primjer zahtijeva, baš kao posljednji svjetlo bljesak raketa, stalno se fokusirati na raketu gibanje u odnosu na zemlju. Naime, Zemlja se okreće i oko svoje osi i oko Sunca, dok je cijela naša galaksija Mliječni put, također se vrti i oko svoje osi, a dijelom preselila u skladu sa širenjem svemira. To uzrokuje velike složene izračune, ako želite računati na raketi i pokreta Zemljine u odnosu na svemir.

Pokušavajući dokazati postojanje vremenske dilatacije teoretski može činiti nemoguće, ali zapravo postoje događaji se mogu objasniti samo samom vremenskom dilatacije. Primjer takvog događaja je da je zemlja stalno pogodio male čestice koje potječu od Sunca. Kad uđu u atmosferu se sudaraju s molekulama zraka i formiranje muons, koje su u velikoj mjeri slična elektrona. Na Zemlji, muons poluraspada od 2,0  s. Tada su nastala na 6 km iznad Zemlje i ima brzinu od oko 0,995 c što bi trebao, prema klasičnoj fizici, uzeti 20  s. za njih do zemljine površine.

To je 10 puta više nego što stvarno živi. Ali, u stvari, doseže mnogi od onih Zemljine površine. Razlog za to je da imaju visoku brzinu, 99,5% od brzine svjetlosti. Stoga, očekujemo relativističke formule. Promatrači na Zemlji ima vremena t i myonernas pravo vrijeme je t0. To daje:

To pokazuje da je kao vrijeme promatrači na Zemlji vide kao 20  s, iskusni muons samo 2,0  s. Myonernas vrijeme za sebe onda ide 10 puta sporije od promatrača. Poluraspada od 2,0  s je uvijek na česticu u pravo vrijeme. Kad je izmjerena na Zemlji kada muons i promatrači imali istu pravo vrijeme jer su bili u stanju mirovanja u odnosu na drugu. Ali sada putuju muons na nevjerojatno velikom brzinom, dok su promatrači na Zemlji ostaje u mirovanju u našem referentnom sustavu, pa zašto ići myonernas pravo vrijeme sporije od promatrača. Myons poluraspada tako u svim slučajevima 2,0  S smislu njegovog odgovarajućem vremenu. Recimo da muons mogao povećati svoju brzinu do 99,9% od brzine svjetlosti. Oni će tada, prema promatrač na Zemlji, žive u cijelom 44,7  s. Povećati na 0,9999 c daje životni vijek od 141  s, pa time razlika postaje vrlo velik, bliže je brzina svjetlosti te dobiti.

6.4 Dopplerov učinak

Recimo da imamo dva promatrača, A i B, a to B udaljava od konstantnu brzinu. , Koja je u mirovanju, emitira svjetlosne signale prema B s određenim razmakom. Kad B prima signale da će se mjeriti drugi vremenski interval između njih ne učini. Ta razlika ne može se izračunati s formulom za vrijeme širenja, jer udaljenost između promatrača promijenio tijekom događaja jednom i time također mijenja svjetlo vrijeme rada između njih. To svjetlo Trajanje promjena čini dvije promatrači neće dobiti iste rezultate prilikom mjerenja svjetla frekvenciju i valnu duljinu. Ta se pojava naziva Doppler efekt. Umjesto svjetla može, naravno, također zamislivih radijskih ili televizijskih signala.

Recimo da je i B su u svijetu u vremenu t = 0. Mi ćemo B odmaknuti od s konstantnom brzinom, r. U trenutku T0 šalje natrag off signal do točke B, koji ga primi u vremenu t prema je sat i po T prema B-sat. Odmah nakon primitka, poslati svjetlosni signal B natrag u koji ga je dostigao u vrijeme T1 prema satom.

Odnos između T1 i T logično bi trebao biti isti kao i između T i T0. Nakon događaja je simetričan za dva promatrača, odnos između dvije vremenske praznine biti proporcionalna s konstanta proporcionalnosti k

Razmak između A i B u određenim vremenskim t je uvijek proljeće. Vrijeme potrebno za svjetlo da putuje put je, dakle, VT / c

Sada kada smo razmještene, k, možemo staviti rezultat u T = kT0.

To je formula za relativističke Doppler efekt. Ova metoda to proizlazi zove k-način i je poseban jer ne koristi bilo koji drugi relativistički formulu, ali samo upućuje na činjenicu da je brzina svjetlosti konstantna.

Naravno, on se također može izvesti formulu za Doppler efekt, koristeći formulu za vrijeme dilatacije. To je lakše, ali ne i fascinantna.

Očito da će biti ista vrijednost k kada koristite k-metode.

To je fenomen svjetlosti frekvencije mijenja se zove Doppler efekt. Posljedica toga je da promatrač udaljava iz izvora svjetlosti ili gledanje izvor svjetlosti udaljava od njega, neće vidjeti svjetlo izvor svjetla malo crvenije nego što doista jest. Fenomen poznat kao crveni pomak i ovisi o promatraču mislim da svjetlost ima malo manje frekvencije, a time i nešto veći valne duljine (prema c = f ), nego promatrač koji miruje u odnosu na izvor svjetla mislio. Obrnuto, tj.. promatrač kreće prema izvoru svjetlosti ili svjetlosnih izvora približava promatrača, brzina može biti i negativna vrijednost.

Promatrači misle sada da svjetlost ima veću učestalost i manju valnu duljinu nego promatrač u mirovanju u odnosu na izvor svjetla mislio. Svjetlo je sada osjećao malo bistrija i fenomen se stoga naziva blueshift.

Biti u stanju izračunati razlike u vremenu, frekvencije i valne duljine su vrlo važni u svakodnevnom životu, kada smo npr. slati signale satelita pomicanje u odnosu na odašiljač. Drugi primjer je promjene u valnoj duljini događa kada radarski signali odraziti na pokretne objekte. To se može lako izračunati s formulom za Dopplerovog efekta. Isto tako, promjene se mogu mjeriti, a time i brzina objekta koji su se ogleda prema izračunati.

6.5 Dodatak brzine

U klasičnoj fizici Newton je dodatak brzinama ništa komplicirano. Dodano na brzinama v1 i v2 se dobiti jednostavno vtot = v1 + v2. Na primjer, ako idete u automobilu s brzinom od 25 m / s, a puca metak u smjeru kretanja, kao relativno puškom dobiti brzinu od 300 m / s, tada lopta je brzina u odnosu na zemlju jednostavno 25 + 300 = 325 m / s To je vrlo logično, lako razumjeti i radi izvrsno u našem svakodnevnom životu sa svojim malim brzinama. No, kada je stopa početi da biste dobili kao visok kao nekoliko postotaka brzine svjetlosti više ne može računati na klasičnoj fizici. Evo, Einsteinov relativistički više. Prva zapažanja da predložena da Newtonovi zakoni ne uvijek pitanje su napravili samo u astronomiji. U svemiru postoje takozvani dvokrevetne zvijezde, dvije zvijezde kruže oko zajedničku točku. U fazi kada su zvijezde imaju jednako udaljena od Zemlje se kreće jedan prema Zemlji s brzinom v, a drugi iz zemlje na istoj brzini. Svjetlo koje zvijezde emitiraju u smjeru zemlje onda bi trebao dobiti različite brzine, C + V, respektivno. CV, a time i do Zemlje u različitim vremenima. No, zrake svjetlosti koje dopire do Zemljine točno u isto vrijeme pokazuje da ne dodate brzine ionako i da je brzina svjetlosti konstantna i neovisna izvora svjetlosti je brzina.

Svjetlo stvarno imao stopa, međutim, nije bilo ništa novo u svijetu istraživanja. Kao što je već 1676 imao kada Danski znanstvenik Ole Römer studirao pomračenje Jupiterovih mjeseca, otkrio je da je svjetlost imao brzinu od oko 300.000 km / s. To se dogodilo u vrijeme kada je Newton bio je, radeći na knjizi o mehanici, ali Newton nije shvatio da je ovo otkriće zapravo su demolirali svoje misli o apsolutnom prostoru i apsolutnom vremenu.

Einstein je došao do ispravne formule sljedećom misli eksperimenta: Recimo da imamo tri promatrača, A, B i C. je u mirovanju i B udaljava od konstantnom brzinom, u odnosu na A. A sada šalje svjetlosni signali s vremenskom razdoblju T0.

Svjetlo Bljeskalice sada nastavlja prošlosti B i C doseže koji također odmiče od A s konstantnom brzinom v u odnosu na B i brzinom w u odnosu na A. Kad C mjeri vremenski interval, on može vrednovati. Ova vrijednost može se izračunati na dva različita načina, ovisno o tome je li jedan pretpostavlja a ili vrijednost B..

Analiza formulom vidimo da nazivnik ide na 1. pri malim brzinama i da to ide protiv dva kada su se dvije brzinama koje se približavaju svjetla. Vidimo da je na niskim brzinama je savršeno prihvatljivo očekivati ​​Newtonovu jednostavan dodatak princip i brzine svjetlosti u vakuumu, c, predstavlja gornju granicu na brzinu kojom dvije dodane brzina koja najviše može rezultirati u. Ako v1 = c i v2 = c postaje rezultiralo brzina dalje C.

6.6 Duljina kontrakcije

Kad sada znaju da vrijeme nije apsolutna, opet ćemo početi razmišljati o klasičnom formulom
s = vt. Budući brzinu te nikada varira uskoro također protežu, s, moraju biti promjenjiva. Vrijeme usporenja je usko povezana s duljinom kontrakcije opisan u sljedećem primjeru:

Recimo da promatrač stoji na zemlji i gleda u prazno. Raketa će putovati udaljenosti, L0, prema udaljene zvijezde. Raketa je očito vrlo velike brzine. Ono što je također bitno naglasiti je da je raketa putuje točno na zamišljenoj liniji od promatrača do zvijezda. Zašto je to važno, a mi ćemo se vratiti kasnije. Prema promatrača na Zemlji, koja je u mirovanju, raketa putovao migracija L0 u vremenu t sekundi kad dosegne zvijezdu. Osoba u raketi misli da je proputovao udaljenosti L u trenutku t0 sekundi.

Prema klasičnim zakonima fizike, ova dvojica bi biti jednaka jedni druge. No, kao što nije slučaj, pogotovo kada je brzo se približava svjetlo.

Kao što je uvijek manje od jedan, onda i L0 uvijek biti manje od L. tome mislim na osobu u raketi koja udaljenost je kraći nego što je promatrač na Zemlji misli. Ta se pojava naziva duljinom kontrakcije i dolazi iz Latinske contra ovdje koji ne stisnuti.

Längdkontraktionen iako samo na linijama koje su paralelne sa smjerom kretanja. Ako bi to primijeniti na sve načine bio vrlo čudne posljedice. Vlak koji je 3,0 m visok i ima brzinu, recimo, 0,70 c onda bi, prema promatrač na vlak, da ne naletite na 10 m visokoj tunela.

6.7 Konkurentnost

Vrijeme dilatacija i duljinom kontrakcije su dvije pojave koje smo jedva svjesni u našim svakodnevnim životima, u slučaju vrlo niskim brzinama. Putnički zrakoplov ima maksimalnu brzinu od 1300 km / h, što je puno u odnosu na automobil, nego samo 0,00012% od brzine svjetlosti. Samo uz iznimno rafiniranih eksperimentima može uspjeti detektirati vrijeme dilatacije na zemlji. Primjer, to je pravo na jedan od dva sinkroniziranim atomski satovi dolaze s predviđenog leta oko Zemlje za vrijeme i onda u usporedbi sa onima koji su ostali na zemlji. Razlike, iako vrlo mala, kad se mjeri. Ali za duljinom kontrakcije je nemoguće u principu, jer su instrumenti koji se koriste za mjerenje i postaje kraći u smjeru vožnje.

To je samo u svemiru i astronomiji kao što su učinci vrijeme dilatacije i duljinom kontrakcije će biti više ili manje vidljiv. To znači da može početi sumnjati u pojam istovremenosti. Što je to točno i kako se može definirati? Činjenica da je relativno jednostavan za shvatiti je da svjetlost prenosi naše znamenitosti i jer je brzina svjetlosti nije beskonačno velik će nam omogućiti da vide dva događaja različito, ovisno o razlici u udaljenosti između njih. Još jednom valja napomenuti da to nije dobro poznat u našem svakodnevnom životu što, budući da je tako kratke udaljenosti, ali u svemiru su posljedice drugačije. Recimo dva munja udari cestu na mjestima A i B. Pitanje pitamo se da li su se dogodila u isto vrijeme. Slika na sljedećoj stranici ilustrira problem.

Ako pretpostavimo da Z ima točno istu udaljenost na A i B, on će doživjeti dva udara groma kao simultana, jer to traje samo dok za svjetlo putovati udaljenosti AZ BZ. X i Y su različiti, no dugo protežu od A i B, te će stoga ih vidim kao ne istovremeno. X shvatiti da je i utjecaj došao prvi i Y percipira to upravo suprotno, tj.. da je u BiH bio prvi. Naravno, ovo je samo 'Mislio eksperiment, jer ljudski mozak ne može uočiti te vrlo male razlike. No, ako se, umjesto bilo nekoliko stotina tisuća mil među crash stranice su jasne razlike mogu se uočiti golim okom. Kao što smo već zaključili da ne postoji apsolutni prostor ili apsolutna vremena, gubimo sve naše svakodnevne reference. Mi od sada se samo može mjeriti našu poziciju u koordinatnom sustavu, naš brzine ili vremena u odnosu na drugi objekt ili na bilo koji drugi događaj.

Koncept konkurentnosti mogu također biti pod utjecajem drugih nego samo o udaljenosti između događaja i promatrače čimbenika. Ako jedan od promatrača koji se kreću u odnosu na drugi događa i različite predodžbe o tome što se može računati kao isto vrijeme. Klasičan primjer da je sam Einstein formulirao glasi: Pretpostavimo promatrač je u željezničkoj automobila kreće na putu s brzinom v. lampa se nalazi točno na sredini vagona i kratki bljesak svjetla je emitirana. Svjetla, s brzinom c, kreće se brzinom od kočije kratkih strane i hitova, prema promatrača A, to istovremeno. No, kako je ovo za promatrača B koji stoji na nasipu? Sada brzina kolica, v, iznenada smisla.

Recimo košarica je dugo 2x metara i kreće brzinom vm / s Udaljenost od izvora svjetlosti na svakoj kratkoj strani postaje x m Od stražnjim bočnim potezima prema izvoru svjetla i ispred njega, razmislite B da svjetlo mora putovati x - VT metara do stražnjeg kratku stranu, a to mora putovati x + VT metara Da bi došli do frontu. Observer B smatra da bljesak svjetla će pogoditi stražnji kraj prvog, jer se put ima manje. Percipira istovremeno od strane jednog promatrača, dakle, ne doživljavaju na isti način prema drugima. To pokazuje istovremeno radi relativnosti, da svaki put se odnose na određenog referentnog tijela.

6.8 masa ovisi o brzini

Drugi stup klasičnoj fizici je da zamah uvijek čuva se u svim situacijama. Sada će ispitati ovu činjenicu i pri visokim brzinama, relativističke prijenosa.

Ako uzmemo u obzir dvije otvorene vagone koji valjaju na svaku vodilicu s relativističke brzine. U dva poteza točno paralelno i jedni pored drugih. Na svakom automobilu, postoji uređaj koji može ispaliti metak okomito na smjer kretanja drugog željeznicom i kolica. Kad lopta je odgurnuo, to može imati vrlo nisku brzinu, u0, relativno vlastiti kočija poda. Oba kolica, loptice i uređaji su upravo identično međusobno i prema tome, dvije loptice iste brzine, u0, u odnosu na prijevoz valjanje po podu. Dva kola kat je potpuno ravna i vagoni nema zidova, tako da lopta može prenijeti na drugog automobila, ako oni stoje jedni pored drugih. Kugle su potpuno neelastična, a ako bi oni naletjeti, oni će se držati zajedno.

Sada, da se dva automobila početi od suprotnim smjerovima, ubrzava se u vrlo velikom brzinom, V, u odnosu na drugo, a zatim susreću u sredini. Samo prije nego što se susretnu čini uređaje, tako da su dvije loptice valjanja daleko i kada su automobili u neposrednoj blizini svakog susreta loptice zajedno na granici između vagona. Kugle zapnete, kada je u drugom i zato incident je simetrično, nakon što je utjecaj da spava relativno tračnice. Sada zamislimo da je promatrač, stoji na jednoj od kolica, te će mjeriti loptice zamah. On će s pravom zaključili da zamah loptom koji valjanog na kolima, kao što stoji u, neposredno prije nego što je pucao bio m0u0. Dva metka, sada gleda kao jedno tijelo neposredno nakon šoka zamah nula. Lopta s druge automobilu morali točno isti zamah, ali sa suprotnim predznakom. Mislim, međutim, da je druga lopta ima nižu stopu od vlastitog loptom. Recimo da je, kaže još jedan promatrač, B, s druge košaricu. B vjeruje da je lopta putovala udaljenost je na vrijeme s / u. To je, dakle B pravo vrijeme. Doživljava udaljenost je, na isti način kao i druge promatraču jer je okomito na smjer kretanja, a ne utječe längdkontraktionen. Osjećaju, međutim, drugačije vrijeme, jer. tidsdilatationen i mjere vrijeme koje je potrebno loptu poprijeko udaljenost je i na taj način brzina drugog metka.

Ako smo označavaju masu bal s M0 i mase B-loptu sa m, možemo postaviti sljedeći odnos s obzirom da zamah konzerviranog:

Već se vidi da m  M0. Odjel s formulom za relativističke mase:

Kao i uvijek postaje manje od jednog pa tako postaje m uvijek veća od M0 ako tijelo ima brzinu. Masa na taj način povećava veća brzina koju ima. To, međutim, prema vanjskom promatraču.

Da bismo to što sam napravio graf prikazuje masovno ovisnost brzine. To se može vidjeti na sljedećoj stranici.

6,9 Momentum i kinetičke energije

U klasičnoj fizici uređeno definiciji gibanja p = mv. No, danas znamo da se masa povećava kako brzina raste. Dakle, moramo raditi novu formulu za zamah. Formula za vrijeme širenja i formula V = S / T nam daje:

Navodno ga razlikuje od klasičnog s faktorom i razlika će se, dakle, samo primjetna na relativističke brzine. Jedina razlika je u formuli za klasičnu je da u relativističke fokusira na čestici vlastitog vremena umjesto vilanda promatrača odgovarajućem vremenu. U Newtonove fizike, a očekivalo se da je vrijeme prolazilo tako brzo u svim systen bez obzira na brzinu, ali u relativističke jednom mora uzeti u obzir budući varijance, a time i razliku u formuli.

Najpoznatiji od svih Einsteinovih jednadžbi je nesumnjivo E = mc2, da neke čestice ukupna energija jednaka njegovoj masi pomnoženoj s brzinom svjetlosti u vakuumu na kvadrat. No, masa se povećava s brzinom. Formula za viloenergi čestica postaje E = m0c2, gdje M0 je čestica ostatak mase. Upravo iz ovog kratkog teksta, sada možemo formulirati izraz relativne kinetičke energije. To je objektivno trebao biti razlika između ukupne energije i viloenergin, koji propisuje:
No, već smo imali formulu za relativističke mase, m, možemo nadomjestiti m s tim, mi se konačan izraz za relativnu kinetičke energije:

06:10 četvrta dimenzija

U sljedećem poglavlju će sklopiti poseban teoriju relativnosti, i to je onda teško ne ući u generala. Opisati učinke opće relativnosti na jasan i strukturiran način, bez ikakvih matematičkim izračunima, gotovo je nemoguće. Dakle, neki dijelovi ovog poglavlja čini apstraktno i nejasno. Nadam se ipak da će privući daljnje proučavanje Einsteinove teorije i njihovim implikacijama fascinantan.

To vrijeme ima veliko značenje u Einsteinovih teorija i stavi naš trodimenzionalni svijet dodavanjem vrijeme kao četvrtu dimenziju. On je to nazvao vrijeme razmaka. Mi ljudi su vrlo teško zamisliti jer smo temeljiti naše dojmove o tri dimenzije visinu, širinu i dubinu. No, u matematici, dobro je računati na više od tri dimenzije. Matematičar koji je bio prvi koji je opisao ovu četverodimenzionalni svijet bio njemački Herman Minkowskog. On je pokazao da su tri koordinate su bile ovisne o četvrtom, vrijeme.
Da bi se bolje razumjelo to može biti vrlo jednostavna prostor-vrijeme dijagrami napravio sa samo dvije koordinatne osi. Ono što je vidio ovdje u nastavku opisuje kako je car putuje u prostor-vremena. Recimo da putuju na cesti s konstantnom brzinom. Odjednom je morao zaustaviti i kočnice onda brzinu dolje (1). Onda kada miruje, ona kreće nije u sobi (x-os), ali ipak u trenutku (t) osi. Zatim ga ubrzava ponovno (3) da se oporavi konstantna stopa (4).

Ako bismo sastaviti pravu, četverodimenzionalni putovanje liniju, što je, naravno, nemoguće u našem trodimenzionalnom svijetu, to će biti zakrivljen u svim dimenzijama kao automobil ubrzava i usporava, putovanja gore i dolje brdima i okreće i lijevo i desno. Ako crtate liniju od početne točke na putu do krajnje točke može se rumtidsintervallet. To je ta udaljenost koja se koristi kada se udaljenost mjeri u prostor-vrijeme.

Newton menade med sin fysik att ett föremål alltid har samma form, oavsett dess hastighet. Einstein däremot menade i sin speciella relativitetsteori att formen i allra högsta grad är beroende av hastigheten, men senare i den allmänna relativitetsteorin knyter han samman de båda synsätten på ett enastående sätt. Till att börja med måste man se på alla kroppar som om de vore fyrdimensionella, vilket är en mycket abstrakt tanke för de flesta. Alla observatörer är därför, oavsett hastighet, ense om ett föremåls fyrdimensionella struktur.

Varför det uppkommer synliga fenomen i den tredimensionella världen som skiljer sig så markant från den verkliga fyrdimensionella kan mycket förenklat förklaras på följande sätt: Anta att man håller ett icke sfäriskt föremål framför en lampa. Ljuset gör då att det bildas en tvådimensionell skuggbild av det tredimensionella föremålet på väggen. Beroende på hur man vrider föremålet förändras skuggbildens form, trots att det endast är föremålets läge som förändras och inte dess form. På ungefär samma sätt förändras vår tredimensionella värld beroende på vårt läge i rumtiden.

Den speciella relativitetsteorins fenomen med längdkontraktion uppkommer till exempel endast i den tredimensionella världen, inte i den fyrdimensionella. Detta eftersom rumtiden alltid är den samma för alla observatörer till skillnad från det tredimensionella rummet eller den endimensionella tiden. Att inga skillnader uppträder i rumtiden och att denna är absolut kallas rumtidens invarians. Detta, ett av relativitetsteorins viktigaste budskap, kan tyckas motsägelsefullt, men då ska man komma ihåg att alla relativa effekter som den beskriver gäller i vår tredimensionella värld eller för den endimensionella tiden. Einstein lär själv ha sagt att “en sann uppfattning om materien finns inte”. Det stämmer till punkt och pricka om man syftar på materian i vår tredimensionella värld, men efter att senare ha kommit fram till ovanstående faktum om rumtidens invarians tvingades han ta tillbaka uttalandet.

I den allmänna relativitetsteorin förklarar Einstein hur stora massor kröker rumtiden vilket gör att den kortaste sträckan från en punkt till en annan i rummet så gott som aldrig är helt rak. Einstein ser inte heller gravitationen som en kraft. Att planeter roterar runt en stjärna beror på att stjärnan, med sin enorma massa, kröker rummet och gör att planetens raka bana genom rumtiden blir cirkulär eller elliptisk i vår tredimensionella värld. Förenklat kan man jämföra det med att en kula läggs på en elastisk gummiduk som är plant utspänd. Kulan sjunker då ner och bilder en mjuk fördjupning i duken. En till en början rak linje på gummiduken blir nu mer och mer krökt desto närmare kulan den ligger. Det kortaste avståndet från en punkt till en annan på duken är nu inte rak. Eftersom rumtiden är krökt nära stora kroppar är den inte euklidisk där utan gaussisk, dvs. den har inte raka koordinataxlar utan böjda. Detta kan jämföras med att rita en triangel på en jordglob. Starta vid nordpolen och dra två raka linjer mot ekvatorn med rät vinkel mellan dem. När de båda linjerna möter ekvatorn är vinkeln mellan varje linje och ekvatorn rät. Alltså har triangeln en vinkelsumma på 270 grader och inte 180 som normalt. På nästan samma sätt sätts vår vardagliga trigonometri ur spel i den krökta rumtiden.

Planeten, och alla andra kroppar som inte påverkas av någon yttre kraft, rör sig längs en rät linje i rumtiden. Men eftersom rumtiden är krökt verkar det som är rätlinjigt i rumtiden krökt i vår tredimensionella värld. Om man skulle räkna om planetens, tredimensionellt sett, elliptiska rörelse i det fyrdimensionella rummet skulle den bli helt rät! På samma sätt är det med ljuset. Det tar alltid den kortaste vägen efter en rät linje genom rumtiden, men det kan vara en krökt bana i den tredimensionella världen. Det är hemskt svårt att föreställa sig detta som en tredimensionell bild men att göra matematiska beräkningar med fyra dimensioner (koordinataxlar) går desto bättre.

Mer ingående och detaljerat om detta kan läsas i den allmänna relativitetsteorin.

7. Vrh

• Ljuset behöver inget medium för att kunna färdas.

• Fysikens lagar gäller på samma sätt för alla objekt som är i vila relativt ett specifikt koordinatsystem.

• Det är för en observatör principiellt omöjligt att genom några som helst fysikaliska experiment avgöra om han befinner sig i vila eller i ett tillstånd av likformig rätlinjig, dvs.
oaccelererad, rörelse.

• Ljusets hastighet är en universell konstant, densamma för alla observatörer vare sig de finner sig i vila eller rör sig i förhållande till ljuskällan.

• Ljusets hastighet i vacuum är konstant, betecknas c och har uppmätts till 299 792 km/s. Inget kan överskriva denna hastighet.

• Den relativistiska formeln för addition av hastigheter lyder:

• Desto högre hastighet att föremål har, desto långsammare går dess egentid. Fenomenet kallas tidsdilatation och beräknas med formeln:

• Längdkontraktion innebär att on observatör i rörelse uppmäter sträckor parallella med rörelseriktningen som kortare än vad en observatör i vila relativt sträckan gör. Detta beräknas med formeln:

• Information kan inte förflytta sig med en oändlig hastighet vilket gör att två händelser som uppfattas som samtidiga av en observatör inte behöver uppfattas så av en annan. Ännu en koordinataxel, tiden, måste införas för att ett korrekt förhållande mellan tidpunkt och plats skall kunna beskrivas.

• Samtidighet är ett relativt begrepp. Om en händelse ska kunna beskrivas utan att tiden blandas in, måste varje observatör definiera sitt eget koordinatsystem som är i vila relativt observatören

• Dopplereffekt uppkommer då sträckan mellan två observatörer ändrar under händelsens gång. Detta gör att ljusets gångtid mellan dem förkortas eller förlängs beroende på om de närmar sig eller avlägsnar sig från varandra. Tidsskillnaderna vid dopplereffekt beräknas med formeln:

• Dopplereffekt leder också till frekvensändringar. Skillnaden i frekvens beror på huruvida observatören rör sig mot strålningskällan eller från den. Rör han sig från källan används formeln: Rör sig observatören mot källan används:

• En partikels massa är beroende av dess hastighet. Massan ökar om hastigheten ökar. Den relativistiska massan beräknas med följande formel:

• Rörelsemängd för ett föremål ändras beroende på dess hastighet eftersom massan ökar med hastigheten. Den relativistiska formeln för rörelsemängd lyder:

• Ett föremåls rörelseenergi är differensen mellan dess totala energi och dess viloenergi. Formeln för relativistisk rörelseenergi ser ut så här:

8. Slutord

Syftet med detta arbete var att på ett enkelt men ändå vetenskapligt sätt beskriva Albert Einsteins speciella relativitetsteori. Alla formler härleds noggrant och det görs i så pass många steg att inget högre matematiskt kunnande krävs för att följa dem. De enda formler som läsaren förutsätts kunna sedan tidigare är s = vt och Pytagoras sats.

Det har varit mycket intressant och spännande att göra arbetet. Man häpnar över alla de relativistiska konsekvenserna och att förundras över hur Einstein, som den unge fysiker han ändå var, lyckades komma fram till sina teorier. I bland kan dock ens egna tankar bli lite väl abstrakta. De första funderingar som uppkom var av typen: “Om jag åker med ljusets hastighet och tittar bakåt, hinner då ljuset inte upp mig eftersom jag själv färdas med ljusets hastighet och följden bli att det blir alldeles svart?” Efter en stunds funderande slutar man snabbt att göra sådana tankeexperiment…

Specialarbete: Den speciella relativitetsteorin , 2.6 out of 5 based on 61 ratings
| Više
Betygsätt Specialarbete: Den speciella relativitetsteorin


Relaterade skolarbeten
Nedanstående är skolarbeten som handlar om Specialarbete: Den speciella relativitetsteorin eller som på något sätt är relaterade med Specialarbete: Den speciella relativitetsteorin .

2 Responses to “Specialarbete: Den speciella relativitetsteorin”

  1. Anki on 12 Apr 2008 at 9:48 em #

    Mycket bra! dock ett problem: alla formler syns ju inte… jag behöver rörelseenergins formel. Har nämligen en fråga som lyder så här: En elektron accelereras av spänningen 1,2 MV. Izračunati
    a. elektronens rörelseenergi
    b. elektronens totala energi
    c. elektronens gammafaktor
    d. elektronens hastighet

    hur ska jag kunna ta ut detta utan att jag har gammafaktorn…behöver hjälp…

    tack – med vänlig hälsn. Anki

  2. plinge on 14 Okt 2009 at 5:59 em #

    Mycket bra arbete, intressant tankebana i slutorden.

Kommentera Specialarbete: Den speciella relativitetsteorin

« | »