. Teraz

Prace szkoły i esejów z gimnazjum
Szukaj szkołą

Specjalne zadanie: szczególna teoria względności

1. Spis treści Strona: Treść:
02:01 Zawartość
2 2 Wstęp
03:03 Cel i pytania
03:04 Ograniczenie pracy
Metoda 03:05 i lokalizacja badania
03:06 Praca
3 6.1 Historia
5 6.2 teoria względności
5 6.3 dylatacja czasu
8 6.4 Efekt Dopplera
11 6.5 Dodawanie prędkości
14 Skurcz 6,6 Długość
15 6.7 Współbieżność
16 6.8 masy zależy od szybkości
18 6.9 Pęd i energia kinetyczna
19 06:10 czwarty wymiar
21:07 Podsumowanie
23:08 Uwagi końcowe
23:09 Referencje

2nd Wprowadzenie

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.

3rd 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?

4th 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.

5th 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. Praca

6.1 Historik

Albert Einstein umieścić 1905 do bardzo przełomowej teorii względności. Nie wyjaśnił, między innymi, prędkości światła była stała i masy ciała ze względu na jego szybkość. Wiele elementów teorii Einsteina były sprzeczne z prawem Newtona klasycznej mechaniki i fizyki. Einstein doszedł do wniosku, że prawa Newtona siły przy niskich prędkościach, ale został odsunięty, gdy zbliżył się do prędkości prędkości światła. Według Newtona, i wiele innych poprzednio naukowców, o to chodzi, że pokój był absolutny układ odniesienia. Wszystko to, co dzieje się, dzieje się w stosunku do pomieszczenia. Pokój był zarówno liniowe i ortogonalne, tak jak go widzimy. Najmniejsza odległość między dwoma punktami była prosta, co brzmi całkiem naturalne i bardzo rozsądne. Pokój, który ludzie postrzegają przez nasze zmysły jest trójwymiarowy, ma wysokość, szerokość i głębokość.

W starszej fizyki, jeden zazwyczaj mówi o czasie, przed i po Einstein wierzył, że wszechświat został wykonany z cienkiej, lekkiej i substancji niezauważalne, zwany eter. Teoria ta powstała, gdy szkocki fizyk James Clerk Maxwell odkrył, że światło było faktycznie fala. Wierzono wtedy, że światło, tak jak wszystkie inne fale, musi mieć coś do być transportowane i dlaczego on i inni naukowcy stwierdzić, że musi być niewidoczna substancja, która wypełnia wszystkie miejsca we wszechświecie. Temat stał się znany jako eterze Maxwella, lub po prostu Airwaves. Eter "zadaniem" było przeprowadzenie się absolutną pokój, za cały świat fizyczny rama odniesienia. 1887 był jednak eksperyment, który może okazać się "wiatru eteru" istnienie. To był Michelson i Morley naukowcy, którzy zastanawiali, że Ziemia przechodzi przez rodzaj "eterhav" ponieważ podróżuje przez wszechświat. Raz podczas podróży przez ten eterhav powinno być jak podróżować w powietrzu na Ziemi, że jest. Nie powinny być typu eterów headwinds w kierunku przeciwnym do prędkości. Ponieważ dźwięk jest spowolniony przed wiatrem, myśleli, że nawet lekki powinien to zrobić. Zarówno dźwięk i światło jest rzeczywiście fala ruchu poprzez medium.

Założyli źródła światła i światła skierowane równolegle do rzekomej eter wiatrem, przed półprzezroczystego lustra, że ​​kątowe 45  w stosunku do belki (patrz rysunek). Połowa świetle będą widoczne, a reszta go prosto w lustro. Dwie wiązki światła w prawo, które między nimi, by następnie wystąpić. Jeden z nich nadal równolegle do eteru wiatru, i jedną do niej prostopadle. Dwa promienie światła będzie nadal dokładnie w tej samej odległości, a następnie uderzył w całkowicie odblaskowe lustro, które spowoduje ich do odwrotu w kierunku pół-refleksyjnej lustro. Wiązka światła będzie ponownie podzielić, tak jak wcześniej. Oryginalna wiązka światła skierowana była od lewej do lustra częściowo odzwierciedlając w centrum, gdzie światło jest rozdzielone i dalej w prawo i do góry. Kiedy dwie wiązki światła ponownie spotkał mój lustrzany połowa z nich w dół i uderzył odczyt lornetki. Dwie wiązki światła nie teraz wyjazd dokładnie ten sam dystans, ale jeden z nich przekroczył wiatr eteru i innych poszła równolegle z nim.

Ta konstrukcja była Michelson i Morley pewność, że będą one w stanie rozpoznać różnicę między dwoma wiązkami światła, a tym samym udowodnić istnienie eteru. Rezultat był jednak bardzo zaskakujące. Nie ma różnicy mierzono! Sam eksperyment tak starannie wykonane, że będzie wykazały różnicę, czy nie było żadnych. Jedyny wniosek, że Michelson i Morley może wyciągnąć to, że nie było eter w ogóle. Wynik ten zastanawia naukowców na całym świecie, i to nie było do Einsteina szczególnej teorii względności przed deklaracja przyszedł.

6.2 teoria względności

Z ich wspaniała teoria mocno umieścić Einstein na problem da się rozwiązać, jeśli ktoś akceptuje jego dwa następujące postulaty:

1. Jest to dla obserwatora w zasadzie niemożliwe jakichkolwiek eksperymentach fizycznych w celu określenia czy jest on w spoczynku albo w stanie jednolitej prostoliniowego, to znaczy. nie przyspieszyło ruch.
2nd Prędkość światła jest uniwersalną stałą, takie same dla wszystkich obserwatorów, czy to uważa się w spoczynku lub w ruchu w stosunku do źródła światła.

Że stopa może być stała dla wszystkich sytuacji było trudne do zaakceptowania dla badaczy, ale to było bardzo spójne z Michelson i Morley eksperyment.

Szczególna teoria względności nazywamy szczególny, ponieważ dotyczy jedynie wydarzeń w jednolity ruch prostoliniowy. W tym, że do odczytu że prędkość światła w próżni jest stała i oznaczono jako c. To fizyczne najwyższa osiągalna prędkość rygorystycznym eksperymentów mierzona przy 299.792 km / s. Teoria Einsteina przyszedł, aby dać podstawę do wielu dziwnych zjawisk w fizyce, jak i długość dylatacji czasu skurczu. Wszystkie zjawiska zostaną opisane bardziej szczegółowo w dalszej części pracy. Kolejna część szczególnej teorii względności mówi, że pokój ma trzy wymiary, ale cztery! Każdy obiekt posiada również odpowiedni czas wolniejsze większa prędkość ma. Jest to zjawisko zwane dylatacja czasu. Jeśli obiekt będzie podróżować z prędkością światła, własny czas stoi w miejscu. Jest to jednak niemożliwe, ponieważ ich masa stałaby się nieskończenie duża, co jest inną częścią teoretycznej. Przedmiot jest przyspieszany staje się również krótszy w kierunku ruchu, jest to zjawisko zwane długości skurczu.

6.3 dylatacja czasu

Po zaakceptowaniu i rozumieć, że prędkość światła jest stała, można zadać następujące pytanie: W jaki sposób dwa różne obserwatorzy, poruszający się względem siebie, pomiar prędkości światła z pojedynczego źródła światła? Tylko rozsądne i prawidłowe, należy stwierdzić, że czas musi iść w różnym tempie. Zjawisko to nazywane jest dylatacja czasu. Jeden obserwator dostrzeże, że zegar nawzajem jest zbyt wolny, i vice versa.

Aby to wyjaśnić, oto klasyczny przykład: Powiedzmy, lampy i lustra umieszczone w statku kosmicznym. Jak widać na poniższym rysunku, nazywamy Źródło światła L, lustro S, odległości między nimi d oraz obserwatora A. błysk światła emitowanego przez L i trafienia w końcu S. Watcher zobaczyć, że światło porusza się odległość d, zanim spadnie na lustro. Dlatego można używać urządzenia z lampy i lustra zegarek i d / c = t0 (według t = s / v) w jednostce czasu.

Załóżmy teraz, że zamiast kosmiczny porusza się względem Ziemi i obserwator B. Uważa, że ​​błysk światła podróżował po przekątnej odległość, który jest dłuższy niż d, kiedy piłka uderza w lustro. To dlatego, że sam statek został przeniesiony VT odległość w bok, gdzie t jest czasem, że doświadczenie obserwatora. Ten odcinek, że B uważa, że ​​światło podróżuje się ct metrów długości.

Jeśli nazywamy własnego czasu, czyli. Czas, który doświadcza, na t0 i B w czasie prawidłowego t, otrzymujemy, że odległość d jest Ct0 metrów długości i stosując twierdzenie Pitagorasa, możemy ustalić następującą zależność:

Korzystanie z twierdzenia Pitagorasa, następujące Samand być ustawione.
Wiedzieliśmy, że d = Ct0 i dlatego zastępuje d z Ct0.
Nawiasy usuwa się w obydwu etapach.
Odejmowanie z obu nóg z v2t2.
Podział obu stronach C2.
t2 wybuchła w lewej nodze.
Podział obu stron 1-v2/c2.
Pierwiastek kwadratowy z obu stron.
Ostateczne uproszczenie.
Jest to formuła Einsteina dla dylatacji czasu.

Jeśli spojrzeć na wzorze ustanowionym w wyżej relacji, wkrótce do mianownik dąży do 0 do dużych prędkości i na 1 dla niskich. To zjawisko sprawia, że ​​w czasie rozszerzania przejawia się jedynie z prędkością zbliżoną do światła. Dobrze znanym przykładem jest tak zwany paradoks bliźniąt. Powiedzmy bliźniaka, A, zaraz po urodzenia znajduje się w statku kosmicznym i tam mieszkać przez cały 90-go roku życia. Rakieta może kierować się prędkości 11 km / s; 90 lat rakiety byłby wtedy 2838240000 sekund (lata przestępne wyłączone). Ale dla B na Ziemi 90 lat będą:

Kiedy wraca na Ziemię po 90 lat, uważa się, że ma 90 lat, a B jest przekonany, że on ma 90 lat plus 2 sekundy. Jak widać na tym przykładzie, to będzie mowy o niektórych dużych różnic czasowych, mimo że występują 11 km / s (prędkość ucieczki Ziemi, prędkości, że rakieta musi osiągnąć, aby móc opuścić pole grawitacyjne Ziemi) jako bardzo dużą prędkością. Jeśli rakieta podczas 90 lat, a nie będzie podróżować z prędkością 100.000 km / s, czyli. c / 3, to różnica w podwójnym przykład będąc cały 5,5 lat! Ten przykład wymaga, tak jak w ostatnim błysku światła rakiety, stale koncentrować się na rakiety ruchu w stosunku do ziemi. W rzeczywistości, jak Ziemia obraca się wokół własnej osi i wokół Słońca, podczas gdy cała nasza Droga Mleczna, obraca się zarówno wokół własnej osi, a częściowo przeniesione zgodnie z ekspansji Wszechświata. Powoduje to ogromne złożonych obliczeń, jeśli chcesz liczyć na rakiety i ruchu Ziemi względem wszechświata.

Próbuje udowodnić istnienie dylatacji czasu teoretycznie może wydawać się niemożliwe, ale tak naprawdę są wydarzenia można wytłumaczyć jedynie raz dylatacji. Przykładem takiej sytuacji jest to, że Ziemia ciągle trafiony małych cząstek pochodzących ze Słońca. Gdy wchodzą w atmosferę zderzają się z cząsteczkami powietrza i tworzenia miony, które są w dużej mierze podobne do elektronów. Na Ziemi, miony półtrwania 2,0  s Wtedy tworzy się 6 kilometrów nad ziemią i ma prędkość około 0995 C powinien, zgodnie z fizyki klasycznej, trwać 20  s im dotrzeć do powierzchni Ziemi.

To jest 10 razy dłużej niż w rzeczywistości żyją. Ale w rzeczywistości, sięga wielu z tych powierzchni ziemskiej. Powodem tego jest to, że mają dużą prędkość, 99,5% prędkości światła. Dlatego oczekujemy formuły relatywistyczne. Obserwatorzy na ziemi nie ma czasu t i myonernas właściwy czas t0. To daje:

To pokazuje, że w tym czasie na Ziemi obserwatorzy zobaczyć jak 20  s, doświadczanych przez miony tylko 2,0  s Myonernas czas dla siebie, a następnie przejść 10 razy wolniej niż obserwatorów. Półtrwania 2,0  s jest zawsze cząstka w odpowiednim czasie. Gdy została zmierzona na ziemi podczas miony i obserwatorów miał taki sam odpowiedni czas, ponieważ były one w spoczynku względem siebie. Ale teraz podróżując miony na niezwykle dużą prędkością, podczas gdy obserwatorzy na Ziemi pozostaje w spoczynku w naszym układzie odniesienia, więc dlaczego go myonernas właściwy czas wolniej niż obserwatorów. Myons półtrwania jest zatem w każdym przypadku 2,0  s względem jego właściwego czasu. Powiedzmy, że miony może zwiększyć swoją prędkość do 99,9% prędkości światła. Nie będą one, według obserwatora na Ziemi, żyje w całych 44,7  s Wzrost do 0,9999 c daje żywotność 141  s, więc różnice w czasie staje się bardzo duża, bliżej prędkości światła można dostać.

6.4 Efekt Dopplera

Że mamy dwóch obserwatorów, A i B, a B oddala się od stałej prędkości. , Który jest w stanie spoczynku, emituje sygnały świetlne w kierunku B o pewną szczelinę. Gdy B odbiera sygnały będzie mierzyć inny odstęp czasowy między nimi nie zrobił. Różnica ta nie może być obliczana z wzoru na dylatacji czasu, ponieważ odległość między obserwatorów zmienił w trakcie wydarzeń, a tym samym również po raz zmienia czas pracy między nimi światło. Zmiana czasu pracy, który sprawia, że ​​światło nie będzie dwóch obserwatorów uzyskać takie same wyniki przy pomiarze światła częstotliwość i długość fali. Zjawisko to nazywane jest efektem Dopplera. Zamiast światła może oczywiście również możliwe sygnały radiowe lub telewizyjne.

Załóżmy, że A i B są w świecie, w czasie t = 0. Pozwoliliśmy B odejść od ze stałą prędkością, v. W czasie T0 wysyła z powrotem wyłączyć sygnał B, który otrzymuje go w czasie t według zegara oraz w T według zegara B. Niezwłocznie po otrzymaniu, wysłać sygnał świetlny B z powrotem do której dotarł do niego w czasie T1, zgodnie z zegarem za.

Zależność pomiędzy T1 i T powinno być takie same logiczne między T i T0. Po zdarzenie jest symetryczny dla obu obserwatorów, stosunki między obu szczelin czasowych jest wprost proporcjonalna do proporcjonalności stałej k

Odległość między A i B w czasie t jest zawsze pewnym wiosna. Czas potrzebny do światła, aby podróżować na trasie jest więc VT / c

Teraz, gdy mamy wdrożony, k, możemy umieścić wynik w T = KT0.

To jest wzór na relatywistyczny efekt Dopplera. Ta metoda nazywa się wynikające k Sposób i jest szczególny, ponieważ nie są wykorzystywane żadne inne relatywistycznemu wzoru, lecz jedynie nawiązuje do tego, że prędkość światła, jest stały.

Oczywiście, można również wyprowadzić wzór na efekt Dopplera, stosując wzór dla dylatacji czasu. Jest to łatwiejsze, ale nie tak fascynujące.

Podobno będzie to ta sama wartość, gdy za pomocą k k-metody.

To zjawisko częstotliwości światła zmienia się nazywa efekt Dopplera. Konsekwencją tego jest to, że obserwator oddala się od źródła światła lub oglądania źródło światła oddala się od niego, będzie widać światła źródło światła nieco bardziej czerwona niż jest w rzeczywistości. Zjawisko znane jako przesunięcie ku czerwieni i zależy od obserwatora, że ​​światło ma nieco mniejszą częstotliwością, a więc nieco większe długości fali (zgodnie z c = f ), wówczas dla obserwatora, który znajduje się w stanie spoczynku w stosunku do źródła światła nie wydawało. Odwrotnej, tzn.. obserwator porusza się w kierunku źródła światła i przemieszcza się w kierunku źródła światła obserwatora, prędkość może być wartością ujemną.

Obserwatorzy, że teraz, że światło ma większą częstotliwość i długość fali mniejszą niż obserwator w spoczynku względem źródła światła pomyślałem. Światło jest teraz czułem się trochę bardziej niebieskie, a zjawisko to nazywane blueshift zatem.

Jest w stanie obliczyć różnice czasu, częstotliwość i długość fali są bardzo ważne w codziennym życiu, gdy np. wysyłanie sygnałów do satelity poruszać względem przetwornika. Innym przykładem zmiany w długości fali, występuje gdy sygnały radarowe odbite od obiektów ruchomych. Można łatwo obliczyć z wzoru na efekt Dopplera. Z drugiej strony, zmiany mogą być zmierzone, a tym samym prędkości obiektu, które są odbijane w kierunku obliczona.

6.5 Dodawanie prędkości

W klasycznej fizyki newtonowskiej jest dodawanie prędkości nic skomplikowanego. Dodano do prędkości V1 i V2 są otrzymywane vtot = V1 + V2. Na przykład, jeśli jesteś w samochodzie z prędkością 25 m / s, a trafia pocisk w kierunku ruchu, jak stosunkowo karabinem uzyskać prędkość 300 m / s, a następnie w spotkaniu w prędkości względem ziemi po prostu 25 + 300 = 325 m / s To jest bardzo logiczne, łatwe do zrozumienia i działa znakomicie w naszym codziennym życiu z jego niskich prędkościach. Ale gdy ceny zaczynają się tak wysokie, jak kilka procent prędkości światła nie mogą już liczyć na fizyce klasycznej. Tutaj, na Einsteina relatywistycznej. Pierwsze obserwacje sugerują, że prawa Newtona nie zawsze te zostały wykonane tylko w astronomii. We wszechświecie istnieją tak zwane podwójne gwiazd, dwie gwiazdy orbitujące punkt wspólny. Na etapie, kiedy gwiazdy mają dokładnie taką samą odległość od ziemi porusza jednego kierunku Ziemi z prędkością v, a drugi z ziemi przy tej samej prędkości. Gwiazdy emitują światło w kierunku ziemi powinien następnie uzyskać różną prędkością c + V, odpowiednio. cv, a tym samym osiągnięcie ziemi w różnych czasach. Ale promienie światła docierającego do ziemi dokładnie w tym samym czasie pokazuje, że nie należy dodawać prędkości i tak, że prędkość światła jest stała i nie zależy od prędkości źródła światła jest.

Naprawdę miał światło stawka była jednak niczym nowym w świecie badań naukowych. Już w 1676 miał kiedy duński uczony Ole Römer studiował zaćmień księżyców Jowisza, odkrył, że światło miał prędkość około 300000 km / s Stało się to w czasach, że Newton pracował nad książką o mechanice, ale Newton nigdy nie zorientował się, że to odkrycie rzeczywiście rozebrano jego przemyślenia na temat absolutnej przestrzeni i absolutnego czasu.

Einstein wymyślił prawidłowego wzoru przez następujący eksperyment myślowy: Załóżmy, że mamy trzy obserwatorów, A, B i C w spoczynku i B oddala się od przy stałej prędkości, u, w stosunku do A. A teraz wysyła świetlne sygnały z T0 przedziale czasu.

Światło błyskowe kontynuuje teraz obok B i C, które również osiąga oddala się od A ze stałą prędkością v względem B i prędkości w stosunku do A. Po C mierzy odstęp czasu, może on wartość. Wartość ta może być obliczona na dwa różne sposoby, w zależności od tego, czy ktoś zakłada lub wartość A w B.

Analiza wzorem widać, że mianownik się na 1 w niskich prędkościach, a to sprzeczne 2, gdy zbliża się oba prędkości światła. Widzimy, że przy niskich prędkościach jest całkowicie dopuszczalne, aby oczekiwać, prostą zasadę dodawania Newtona i prędkość światła w próżni c, stanowi górny limit prędkości, przy której dwie dodane prędkości, które najbardziej mogą wynikać w. Jeśli v1 = c i v2 = c staje się Powstały prędkość wciąż C.

6.6 Długość skurcz

Kiedy już wiemy, że czas nie jest absolutny, zaczynamy znowu myśleć o klasycznym wzorze
s = vt. Ponieważ prędkość nie zmienia się wkrótce również rozciągnąć, s, musi być zmienna. Dylatacja czasu jest ściśle związany z kurczeniem długości opisanego w przykładzie:

Załóżmy, że obserwator stojący na ziemi i patrząc w przestrzeń. Rakiety nie będą podróżować na odległość, L0, w kierunku odległej gwiazdy. Rakieta jest oczywiście bardzo wysoka prędkość. Co jest również ważne, aby zwrócić uwagę na to, że rakieta porusza się dokładnie w wyimaginowanej linii od obserwatora gwiazdy. Dlaczego jest to ważne i wrócimy później. Według obserwatora na Ziemi, która jest w stanie spoczynku, migracje L0 rakieta wyjazd w czasie t sekund, gdy osiągnie gwiazdę. Osoba myśli, że rakiety podróżował odległości L w okresie t0 sekund.

Według klasycznego prawami fizyki, te dwa będą sobie równe. Jednakże tak nie jest przypadek, w szczególności gdy prędkość zbliża światło.

Ponieważ jest zawsze mniejszy niż jeden, wówczas również L0 być zawsze mniejsza niż L. W związku z tym, że osoby na rakiecie że odległość ta jest mniejsza, niż to było na ziemi obserwatora wydaje. Zjawisko to nazywane jest długość skurcz i pochodzi od łacińskiego contra tutaj który ma uciskać.

Längdkontraktionen ale tylko na trasach, które są równoległe do kierunku ruchu. Jeśli byłoby to stosowane do wszystkich trasach było bardzo dziwne konsekwencje. Pociąg, który jest 3,0 m wysokości i prędkości, powiedzmy, 0,70 c wtedy, według obserwatora w pociągu, aby nie uruchomić na 10 m wysokości tunelu.

6.7 Współbieżność

Dylatacja czasu i długości skurcz są dwa zjawiska, które są właściwie nieświadomi w naszym codziennym życiu, w przypadku bardzo niskich prędkościach. Samolot pasażerski ma maksymalną prędkość 1300 km / h, co jest dużo w porównaniu do samochodu, ale tylko 0,00012% prędkości światła. Tylko z bardzo rafinowanych eksperymentów może uda wykryć dylatacji czasu na ziemi. Przykład, że pozwoliło jeden z dwóch zsynchronizowanych zegarów atomowych pochodzą z planowanym locie wokół Ziemi w czasie, a następnie w porównaniu z tymi, którzy to zostało pozostawione na ziemi. Różnice, choć bardzo małe, mierzona. Jednak dla długości skurczu jest w zasadzie niemożliwe, ponieważ narzędzia stosowane do pomiaru staje się mniejsza w kierunku jazdy.

Teraz, niech dwa samochody rozpoczyna się od przeciwnych kierunkach, przyspieszania do bardzo dużą prędkością, v, w stosunku do siebie i spotykają się w środku. Tuż przed spełniają czyni urządzenia tak, że dwie kule stoczeniem i kiedy samochody są obok Każde spotkanie kulki razem na linii granicznej między wagonami. Piłki utknąć gdy w siebie i dlatego, że incydent jest symetryczny, po wpływ, że śpi stosunkowo szyny. Teraz wyobraź sobie, że obserwator, stoi na jednym z wozów i pomiaru pędu piłki. On słusznie stwierdził, że pęd w spotkaniu, które walcowane na wozie, kiedy stoi on bezpośrednio przed strzał był m0u0. Dwie kule, teraz postrzegane jako jedno ciało jest bezpośrednio po pędu wstrząsów zera. Piłka na inny samochód musiał mieć dokładnie taką samą dynamikę, ale z przeciwnym znakiem. Chyba jednak, że druga kula ma niższą stawkę niż własnej piłki. Powiedzmy, że mówi kolejny obserwator B, na drugim wozie. B uważa, że ​​piłka na przebytą odległość y czas s / u To, a następnie B w odpowiednim czasie. Odległość doświadczenia, y w taki sam sposób jak inne obserwatora, ponieważ jest ona ustawiona prostopadle do kierunku ruchu i nie wpływa längdkontraktionen. Czuć jednak inny czas, bo. tidsdilatationen i środki Czas potrzebny piłkę przemierzać odległość s, a tym samym prędkość drugiego pocisku.

Jeśli oznaczymy masy w piłkę z M0 i masy kuli B z m, możemy ustawić następującą zależność zważywszy, że pęd jest zachowany:

Można już zobaczyć, że m  M0. Podział ze wzoru na masy relatywistycznej:

Jak zawsze staje się mniej niż jeden, tak więc zawsze większe niż m m0 jeśli korpus ma prędkość. Masa zwiększa zatem wyższa prędkość to ma. To, jednakże, zgodnie z przeźroczystą.

Aby to zilustrować Zrobiłem wykres przedstawiający zależność masy prędkości. Można zauważyć na następnej stronie.

6.9 Pęd i energia kinetyczna

W klasycznej fizyki podlega definicji pędu p = mv. Ale w dzisiejszych czasach wiemy, że wzrost masy, wzrostu prędkości. Więc musimy wypracować nową formułę pędu. Wzór na rozszerzenie czasu i wzorem V = s / t daje nam:

Widocznie różni się od klasycznego z czynnikiem i różnice w związku z tym będzie tylko zauważalny przy relatywistycznych prędkościach. Jedyna różnica w formule klasycznego jest to, że w relatywistycznych skupia się na cząstkę własnej czasie zamiast vilanda obserwatora odpowiednim czasie. W fizyce newtonowskiej, oczekiwano, że czasem, jak szybko w całej Systen niezależnie od prędkości, ale w relatywistycznej jednego musi uwzględniać przyszłą zmienność i stąd różnica w formule.

Najbardziej znanym wszystkich równań Einsteina jest E = mc2 niewątpliwie, że całkowita energia cząstki jest równa jego masie pomnożonej przez prędkość światła w próżni do kwadratu. Ale masa wzrasta wraz z prędkością. Wzór dla viloenergi cząstek staje E = m0c2, gdzie m0 to masa spoczynkowa cząstek. Tylko z tego krótkiego tekstu, możemy teraz sformułować wyrażenie względnej energii kinetycznej. Należy rozsądnie różnica między całkowitą energią i viloenergin, który stanowi:
Ale już mieliśmy wzór na relatywistycznej masy, m, m podstawiamy z tym, mamy ostateczny wyraz dla względnej energii kinetycznej:

06:10 Czwarty wymiar

Poniższy rozdział zakończy szczególną teorię względności, i to jest to trudne, aby nie dostać w ogóle. Do opisania efektów ogólnej teorii względności w jasny i uporządkowany sposób, bez żadnych obliczeń matematycznych, jest prawie niemożliwe. Dlatego też, niektóre części tego rozdziału wydaje abstrakcyjne i niejasne. Mam nadzieję, że będą one nadal przyciągać dalsze studia z teorii Einsteina i ich fascynujących konsekwencji.

Że czas ma duże znaczenie w teorii Einsteina on umieścić nasz trójwymiarowy świat, dodając czas jako czwarty wymiar. Nazwał to czasoprzestrzeń. My, ludzie są bardzo trudno wyobrazić sobie to, ponieważ opieramy nasze wrażenia w trzech wymiarach wysokości, szerokości i głębokości. Ale w matematyce, to jest dobre, aby liczyć na więcej wymiarów niż trzy. Matematyk, który był do opisania tego cztery-wymiarową świat pierwszy był niemiecki Herman Minkowski. Pokazał, że trzy współrzędne były zależne od czwartej, czas.
W celu lepszego zrozumienia, może to być bardzo uproszczone schematy przestrzenno-czasowe wykonane tylko dwa osie współrzędnych. To, co widać tutaj poniżej opisuje jak samochód podróży w czasoprzestrzeni. Powiedzmy, że porusza się po drodze ze stałą prędkością. Nagle musiałem się zatrzymać i hamulce następnie przyspieszyć w dół (1). Następnie, jeśli jest nieruchomy, nie porusza się w pomieszczeniu (oś x), a więc w czasie (t) osi. Następnie przyspiesza ją ponownie (3) odzyskiwania stałej stopy (4).

Gdybyśmy mieli sporządzić prawdziwy, cztero-wymiarową linię przejazdu, co oczywiście jest niemożliwe w naszym świecie trójwymiarowym, to być zakrzywione we wszystkich wymiarach, jak samochód przyspiesza i zwalnia, podróżując w górę iw dół wzgórza i odwraca zarówno w lewo i prawo. Om man drar en linje från resans startpunkt till resans slutpunkt får man rumtidsintervallet. Det är denna sträcka som används när avstånd i rumtiden mäts.

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.

Planety, a wszystkie inne komórki nie wpływu żadne siły zewnętrzne, porusza się po linii prostej w czasoprzestrzeni. Jednakże, ponieważ czasoprzestrzeń jest zakrzywiona, wydaje się, że jest prostoliniowy w czasoprzestrzeń jest zakrzywiona w naszym świecie trójwymiarowy. Gdyby liczyć na planecie, trójwymiarowo mówiąc, eliptyczny ruch w pokoju czterowymiarowej byłoby absolutną rację! Podobnie ze światłem. Zawsze przyjmuje najkrótszej ścieżki w linii prostej od przestrzeni czasu, ale może to być zakrzywiona ścieżka trójwymiarowym świecie. Naprawdę trudno wyobrazić sobie to jako obraz trójwymiarowy, ale do obliczeń matematycznych z czterech wymiarach (osie współrzędnych) idzie lepiej.

Więcej głębi i szczegółów na ten temat można przeczytać w ogólnej teorii względności.

7. Top

• Światło nie potrzebuje nośnika do podróżowania.

• prawa fizyki mają również zastosowanie do wszystkich elementów, które są w spoczynku względem określonego układu współrzędnych.

• Istnieje obserwatora w zasadzie niemożliwe jakichkolwiek eksperymentach fizycznych w celu określenia czy jest on w spoczynku albo w stanie jednolitej prostoliniowego, to znaczy.
nie przyspieszyło ruch.

• prędkość światła jest uniwersalną stałą, takie same dla wszystkich obserwatorów, czy to uważa się w spoczynku lub w ruchu w stosunku do źródła światła.

• prędkość światła w próżni jest stała, oznaczone C i została zmierzona przy 299792 km / s. Nic nie może zastąpić tej prędkości.

• relatywistyczny wzór na dodawanie prędkości jest:

• wyższa prędkość przedmiot, tym wolniej przebiega swój własny czas. Zjawisko to nazywa się razem rozszerzenie i oblicza się za pomocą wzoru:

• Długość skurcz oznacza, że ​​jeden z obserwatorów w ruchu mierzy odległości równolegle do kierunku ruchu, który jest krótszy niż dla obserwatora w spoczynku względem odległości robi. Jest to obliczane za pomocą wzoru:

• informacja nie może poruszać się z nieskończonej szybkości, co oznacza, że ​​dwa zdarzenia, które są odbierane jako równoczesne jednym obserwator nie musi być postrzegany jako taki innym. Nawet osi współrzędnych, czas, musi być wprowadzony do prawidłowej relacji między czasie i miejscu, powinny być opisane.

• Współbieżność jest pojęciem względnym. Jeśli zdarzenie jest opisana poza czasem miesza się każdy obserwator określenie własnego układu współrzędnych, który jest w spoczynku względem obserwatora

• efekt Dopplera występuje, gdy odległość między dwiema obserwatorów zmieniać w czasie zdarzenia. Pozwala to na czas pracy między nimi światło skrócone lub rozszerzone w zależności od tego, czy są one zbliża lub oddala od siebie. Różnice czasowe w efektu Dopplera oblicza się za pomocą wzoru:

• efekt Dopplera również prowadzi do zmian częstotliwości. Różnica częstotliwości w zależności od tego, czy obserwator porusza się w kierunku źródła promieniowania, lub od niego. Porusza się od źródła, stosować formułę: Przesuwa obserwatora w kierunku źródła używanych:

• masa cząstek jest zależna od jego prędkości. Masowe, jeśli zwiększa się prędkość wzrasta. Masa Relatywistyczna oblicza się według następującego wzoru:

• pędu obiektu zmienia się w zależności od jego prędkości od masowych wzrasta z prędkością. Relatywistyczny wzór na pęd jest:

• energia kinetyczna obiektu jest różnica między jego całkowitej energii i jej viloenergi. Wzór na relatywistycznej energii kinetycznej wygląda tak:

8. Posłowie

Celem pracy było stworzenie prostego, ale sposób opisu naukowego Alberta Einsteina szczególną teorię względności. Wszystkie wzory pochodzą dokładnie i że odbywa się to w tak wielu kroków, które nie wyższej kompetencji matematycznych potrzebnych do ich przestrzegania. Jedyne formuły który czytelnik jest już założone do s = vt i Pitagorasa.

To było bardzo ciekawe i ekscytujące, aby wykonać pracę. Jeden jest zdumiony wszystkich efektów relatywistycznych i podziwiać, jak Einstein, że młody fizyk, został jednak udało się wymyślić ich teorii. Czasami jednak własnych myśli się zbyt abstrakcyjna. Pierwsze myśli, które miały miejsce były typu: "Jeśli pójdę z prędkością światła, a patrząc wstecz, czas, kiedy światła nie ja, bo ja sam porusza się z prędkością światła, a w konsekwencji może być tak, że staje się całkowicie czarny" Po namyśle, kończy się szybko do takich eksperymentów myślowych ...

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


Związane szkolnych
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 #

    Bardzo dobrze! 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. Obliczać
    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

« | »