Teoria względności dla manekinów: Treść po prostu wyjaśniona
Kiedy myśli się o teorii względności, zwykle przychodzi na myśl formuła E = mc². Ta praktyczna wskazówka pokaże ci, o co chodzi w tym wzorze i co powinieneś wiedzieć o „teorii względności”.
Teoria względności została po prostu wyjaśniona
Teoria względności dotyczy przestrzeni, czasu i grawitacji i była prawdziwym kamieniem milowym w fizyce. Wiele rzeczy, takich jak napęd warp i podróże w czasie, uczyniło trochę bardziej możliwym. Składa się z dwóch teorii.
- Specjalna teoria względności. Wyjaśnia zachowanie czasu i przestrzeni z perspektywy obserwatorów.
- Ogólna teoria względności. Opisuje grawitację jako krzywiznę czasu i przestrzeni, tworzoną na przykład przez duże masy, takie jak gwiazdy.
deklaracja
W fizyce układ odniesienia nazywa się przestrzenno-czasową strukturą, która jest wymagana do dokładnego opisania procesów zależnych od lokalizacji. Układ bezwładnościowy to układ odniesienia, w którym cząstki pozbawione siły spoczywają lub przemierzają proste ścieżki ze stałą prędkością. Na przykład czas płynie wolniej w jednym układzie bezwładnym niż w innym.
- Zgodnie ze specjalną teorią względności Einsteina wszystkie układy bezwładności mają z natury jednakowy charakter. Jeśli czas płynie szybciej w jednym systemie niż w drugim, zastosowanie mają obie właściwości. Czas płynie szybciej, a jednocześnie normalnie.
- Należy jednak zauważyć, że żaden system, przedmiot lub cząstka nie mogą być szybsze od światła. Przy prędkości 299792, 458 km / s prędkość światła (c) stanowi górną granicę prędkości. Niestety latanie statkiem kosmicznym z „dwukrotnie większą prędkością światła” w niektórych filmach science-fiction nie jest możliwe.
E = mc² - oznacza to wzór
Prawie wszyscy je znają, ale nikt nie wie, jak je właściwie wykorzystać: mówimy o słynnej formule E = mc². Dzięki temu można obliczyć energię w zależności od względnej masy.
- Według Einsteina energia i masa (np. Z cząstkami) są równoważne.
- Całkowitą energię (E) można obliczyć za pomocą wzoru E = mc² przy m = m ': √ (1 - v²: c²). W tym przypadku m 'jest masą spoczynkową. Jednak formuły tej nie można zastosować do fizyki „klasycznej”, a jedynie do fizyki relatywistycznej.
Teoria względności: czym jest dylatacja czasu i skrócenie długości?
W zależności od prędkości (obiektu) można wpływać na czas (jaki upływa w stosunku do obserwatora) lub długość (obiektu). Czas i długość zależą od prędkości.
- Im szybciej obiekt porusza się w przestrzeni, tym wolniejszy czas upływa w stosunku do spoczynkowego obserwatora. Nawet w pobliżu dużych tłumów czas płynie wolniej. Bardziej szczegółowe informacje można znaleźć w naszym artykule na temat „Dylatacji czasu”.
- Gdy obiekt porusza się z dużą prędkością w przestrzeni, jego długość (w kierunku prędkości) również ulega kompresji. Tutaj również znajdziesz osobny artykuł dotyczący skurczu długości.
Krzywizna przestrzeni i czasu: Duże masy w przestrzeni
Wreszcie, chcielibyśmy poświęcić się wielkim masom w kosmosie (takim jak planeta).
- Jak już wiesz z naszego artykułu na temat dylatacji czasu, czas płynie wolniej w pobliżu dużych mas.
- Duże masy, takie jak gwiazda, przestrzeń gięcia (i czas). Możesz myśleć o tym zjawisku jak o dużej szmatce, która „schyla się”, gdy nałożysz na nią coś ciężkiego jak arbuz. Czasoprzestrzeń jest podobnie zakrzywiona. Oznacza to, że światło jest również odchylane przez duże masy.
Teoria względności Einsteina: powinieneś być w stanie używać tych wzorów
W fizyce relatywistycznej stosuje się wiele różnych wzorów. Pokażemy Ci najważniejsze, które powinieneś znać.
$config[ads_text5] not found- Wzór na czas względny to ∆t '= ∆t: √ (1 - v²: c²). W tym przykładzie chcielibyśmy obliczyć, ile sekund mija w systemie, który porusza się z prędkością 200000 km / s: ∆t '= 5s: √ (1 - (200000000 m / s) ²: (299792458 m / s) ² ) ≈ 6, 712 s. Oznacza to, że podczas gdy 5 sekund mija w systemie przyspieszonym, około 7 sekund mija w systemie stacjonarnym! Przy prędkości światła mianownik miałby wartość 0. Wynikiem tego byłoby ∞.
- Wzór na skurcz długości wynosi l = l '⋅ √ (1 - v²: c²). Długość względna zależy od długości podstawowej i prędkości. Przy prędkości światła długość wynosiłaby 0!
- Znasz również wzór E = mc² z m = m ': √ (1 - v²: c²) z tego artykułu.
- Wreszcie istnieje wzór na relatywistyczny efekt Dopplera (dla profesjonalistów). Zauważysz efekt Dopplera, gdy na przykład przejeżdża obok ciebie radiowóz policyjny z syreną. Zjawisko to można zastosować analogicznie do fizyki relatywistycznej: częstotliwość zależy od prędkości. Jeżeli nadajnik i odbiornik fal elektromagnetycznych (np. Światło) oddalają się od siebie, częstotliwość jest zmieniana. Obowiązują następujące zasady: f '= f ⋅ √ ((1 - v: c): (1 + v: c))
- Jeśli opanujesz te podstawowe formuły, możesz już rozwiązać wiele problemów relatywistycznych.