Teorie relativity pro figuríny: Obsah jednoduše vysvětlen
Když si člověk pomyslí teorii relativity, obvykle na mysl přijde vzorec E = mc². Tento praktický tip vám řekne, o čem je tento vzorec a co byste měli vědět o „relativitě“.
Teorie relativity jednoduše vysvětlila
Teorie relativity se zabývá prostorem, časem a gravitací a byla skutečným milníkem ve fyzice. Mnoho věcí, jako je warp drive a cestování v čase, bylo trochu možné. Skládá se ze dvou teorií.
- Speciální teorie relativity. Vysvětluje chování času a prostoru z pohledu pozorovatelů.
- Obecná teorie relativity. Popisuje gravitaci jako zakřivení času a prostoru, které je vytvořeno například velkými hmotami, jako jsou hvězdy.
prohlášení
Ve fyzice se referenční systém nazývá časoprostorová struktura, která je požadována k přesnému popisu procesů závislých na umístění. Inerciální systém je referenční systém, ve kterém částice bez síly spočívají nebo procházejí přímými cestami konstantní rychlostí. Například čas plyne pomaleji v jednom inerciálním systému než v jiném.
- Podle Einsteinovy speciální teorie relativity jsou všechny inerciální systémy stejné povahy. Pokud čas ujede rychleji v jednom systému než v jiném, platí obě vlastnosti. Čas letí rychleji a zároveň normálně.
- Je však třeba si uvědomit, že žádný systém, předmět nebo částice nemohou být rychlejší než světlo. Při rychlosti 299792, 458 km / s je rychlost světla (c) horní mezí rychlosti. Bohužel létání kosmické lodi „dvojnásobnou rychlostí světla“ u některých filmů sci-fi není možné.
E = mc² - to znamená vzorec
Téměř každý je zná, ale nikdo neví, jak je skutečně použít: mluvíme o slavném vzorci E = mc². Díky tomu lze energii vypočítat v závislosti na relativní hmotnosti.
- Podle Einsteina jsou energie a hmotnost (např. Částice) ekvivalentní.
- Celková energie (E) může být vypočtena pomocí vzorce E = mc² s m = m ': √ (1 - v²: c²). V tomto případě m 'je hmotnost v klidu. Vzorec však nelze použít na „klasickou“ fyziku, ale vztahuje se pouze na relativistickou fyziku.
Teorie relativity: co jsou časové dilatace a zkrácení délky?
V závislosti na rychlosti (objektu) může být ovlivněn čas (který prochází vzhledem k pozorovateli) nebo délka (objektu). Čas a délka závisí na rychlosti.
- Čím rychleji se objekt pohybuje ve vesmíru, tím pomalejší doba prochází vzhledem k klidovému pozorovateli. I v blízkosti velkých davů čas plyne pomaleji. Podrobnější informace najdete v našem článku „Dilatace času“.
- Když se objekt pohybuje vysokou rychlostí v prostoru, jeho délka (ve směru rychlosti) se také zkomprimuje. I zde najdete samostatný článek zabývající se zkrácením délky.
Křivost prostoru a času: Velké hmotnosti v prostoru
Nakonec bychom se chtěli věnovat velkým masám ve vesmíru (jako je planeta).
- Jak již víte z našeho článku o dilataci času, čas ubíhá pomaleji u velkých mas.
- Velké hmoty, jako je hvězda, ohýbat prostor (a čas). Tento jev můžete považovat za velkou látku, která se „ohne“, když na ni položíte něco těžkého jako meloun. Časoprostor je podobně zakřivený. To znamená, že světlo je také vychýleno velkými masami.
Einsteinova teorie relativity: Měli byste být schopni používat tyto vzorce
V relativistické fyzice se používá mnoho různých vzorců. Ukážeme vám ty nejdůležitější, které byste měli vědět.
$config[ads_text5] not found- Vzorec pro relativní čas je ∆t '= ∆t: √ (1 - v²: c²). V tomto příkladu bychom chtěli spočítat, kolik sekund uplyne v systému, který se pohybuje rychlostí 200 000 km / s: ∆t '= 5s: √ (1 - (200000000 m / s) ²: (299792458 m / s) ² ) ≈ 6 712 s. To znamená, že zatímco zrychlený systém prochází 5 sekund, ve stacionárním systému prochází přibližně 7 sekund! Při rychlosti světla by v jmenovateli byla 0. To by dalo ∞.
- Vzorec pro zkrácení délky je l = l '⋅ √ (1 - v²: c²). Relativní délka závisí na základní délce a rychlosti. Při rychlosti světla by byla délka 0!
- Z tohoto článku také znáte vzorec E = mc² s m = m ': √ (1 - v²: c²).
- Konečně je zde vzorec pro relativistický Dopplerův efekt (pro profesionály). Dopplerův efekt si všimnete, když kolem vás projede například policejní vůz se sirénou. Tento jev lze analogicky aplikovat na relativistickou fyziku: frekvence závisí na rychlosti. Pokud se vysílač a přijímač elektromagnetických vln (např. Světla) od sebe vzdálí, změní se frekvence. Platí následující: f '= f ⋅ √ ((1 - v: c): (1 + v: c))
- Pokud zvládnete tyto základní vzorce, můžete již vyřešit mnoho relativistických problémů.