Relatiewe snelheid en spoed van lig: gedetailleerde verduidelikings

Die artikel bespreek die spesiale relatiwiteitsteorie-konsep wat relatiewe snelheid en spoed van lig insluit. 

Relatiewe snelheid en spoed van lig verteenwoordig die beweging van die veelvuldige liggame wat met mekaar in wisselwerking is. Die snelheid van een van die bewegende liggame ten opsigte van die ander word as hul relatiewe snelheid bereken. Daarteenoor is die maksimum limiet vir beide relatiewe snelhede die 'spoed van lig'. 

Die snelheid van enige voorwerp is raamafhanklik. Dit beteken dat 'n voorwerp se snelheid geskat moet word met betrekking tot 'n raam van 'n ander interaktiewe voorwerp, al is 'n voorwerp in rus of beweeg. 

As beide voorwerpe A en B in dieselfde rigting beweeg, sal hulle relatiewe snelheid VAB is die som van beide snelhede (VA + VB). 

As beide voorwerpe A en B in die teenoorgestelde rigting beweeg, sal hulle relatiewe snelheid VAB is die verskil tussen hul snelhede (VA – VB). 

Die relatiewe snelheid word gekenmerk deur die verwysingsraamwerk van 'n ander voorwerp of waarnemer, voorgestel deur ruimtelike koördinate (x,y,z,t). 

Maar daar moet die grootste waarde wees aan die snelheid van elke voorwerp, ontdek deur die Deense sterrekundige Ole Roemer. Hy het geëksperimenteer op die spoed van elektromagnetiese EM-golwe op die aarde reis. Hy het bereken dat liggolwe 17 minute nodig het om die deursnee van ons aarde se wentelbaan te deurkruis. Deur die deursnee van die wentelbaan deur die tydsverskil te deel, word die spoed van lig (c) as 186,000 XNUMX myl per sekonde getel. 

James Maxwell het voorgestel dat lig, een van die elektromagnetiese golwe, teen 1,86,000 3.8 10 myl per sekonde of XNUMX x XNUMX beweeg8 m/s. Einstein het die spesiale relatiwiteitsteorie gekweek deur te veronderstel dat die spoed van ligwaarde konstant en onafhanklik van die beweging van sy bron is.

Volgens Einstein se relatiwiteitsteorie is daar 'n spoedbeperking vir elke saak, energie of sein wat die inligting deur die ruimte dra. Dit beteken die relatiewe snelheid tussen twee met mekaar inwerkende liggame het 'n spoedgrens gelyk aan die spoed van lig. 

Spoed van EM-golwe
Spoed van EM-golwe
(Krediet: Shutter)

Kan relatiewe snelheid die spoed van lig oorskry?

Die relatiewe snelheid van enige voorwerp kan nie die spoed van ligwaarde oorskry nie. 

Alle EM-straling bevat massalose deeltjies. Gevolglik vereis hulle minder energie om die spoed van lig te bereik. In vergelyking, die deeltjies met nie-nul massa vereis uiters groot energie. Daarom beweeg die EM-golf teen die spoed van lig, ten spyte van die verwysingsraamwerk; maar kan dit nie oorskry nie.

Relatiewe snelheid en spoed van lig
Relatiewe snelheid en spoed van lig (Krediet: Shutter)

Vroeër het fisici aangeneem dat daar geen grens aan die spoed van 'n voorwerp was nie. Maar Einstein het die spoed van lig (c) waarde in 'n vakuum ontbloot as die spoedgrens vir alle voorwerpe op aarde. Wat beteken geen voorwerp kan vinniger as die waarde 3 x 108 m/s beweeg nie. Die relatiewe snelheid van die spesifieke voorwerp met 'n nie-nul massa word in die verwysingsraamwerk van die ander voorwerp bereken. Maar geen waarnemer sal nie sien hoe 'n waarnemer in 'n ander verwysingsraamwerk die c-waarde nader of oorskry nie. 

Gestel 'n man reis op die trein en 'n ander man staan ​​buite die trein. Die man in die trein het die man buite betrap terwyl hy teen 30 km/h verbygery het, terwyl die man buite die man in die trein gesien het wat teen 250 km/h verby is. Die vraag oor 'wat is die werklike snelheid van die trein' het nie 'n enkele antwoord nie.

Die trein se snelheid relatief tot die staande man buite die trein word bepaal deur snelhede as 30 + 250 = 280 km/uur by te tel. In vergelyking, die trein se snelheid relatief tot die man in die trein is 30 km/h. Boonop is die snelheid van dieselfde trein relatief tot die sterrestelsel 2,20,000 XNUMX XNUMX m/s. 

Kom ons stel die EM-golwe voor in so 'n voorbeeld soos die trein wat snags ry, en die man buite die trein wat 'n ligflits met 'n fakkel op die man in die trein verlig. Ons verstaan ​​die trein se snelheid relatief tot die man buite is 280 km/h. Terselfdertyd het die lig 'n snelheid van 3 x 108 m/s. Dus, die snelheid van lig relatief tot die trein is 3 x 108 m / s. 

As ons daarvan hou om die spoed van lig relatief tot die man in die trein te bereken, sou ons sê 280 + 3 x 108 = 3,00,000,280 m/s. Maar dit is nie geldig nie. Die spoed van lig relatief tot die man in die trein is steeds 3 x 108 volgens Einstein se relatiwiteitsteorie. Omdat alle snelhede relatief is, is die spoed van lig 'n absolute of universele konstante waarde onafhanklik van die medium en verwysingsraamwerk wat dit gereis het.

Daarom, maak nie saak hoe vinnig die waarnemer beweeg relatief tot die ligbron nie, die spoed van lig is dieselfde wanneer enige waarnemer dit sien. Ons het verstaan ​​dat die relatiewe snelheid verkry word deur die snelhede by te tel, maar dit kan nie die c-waarde oorskry nie. 

Hoekom kan relatiewe snelhede nie die spoed van lig oorskry nie?

Die relatiewe snelhede kan nie die spoed van lig oorskry nie as gevolg van die groot energiebehoefte. 

Die interaktiewe voorwerpe moet groot massas hou om teen 'n hoër spoed te beweeg. Hoe groot 'n voorwerp is, hoe vinniger beweeg dit. Die voorwerpe vereis egter 'n oneindige hoeveelheid energie om hul relatiewe snelhede tot die spoed van lig te oorskry, wat nie prakties gebeur vir voorwerpe wat nie 'n nulmassa is nie. 

Massa-energie-ekwivalensie
Massa-energie-ekwivalensie 

Einstein ontwikkel die massa-energie ekwivalensie wat die hoeveelheid energie voorspel wat nodig is om 'n voorwerp met 'n nie-nul massa te beweeg. E = mc2. Die formule openbaar aan ons dat energie- en massahoeveelhede onderling omskepbaar isDit beteken die massa kan in energie omskep word en omgekeerd. Die massa-energie-ekwivalensie definieer die wisselkoers tussen energie en massa. 

EM-golwe ontlaai as 'n groot hoeveelheid energie in die energie-omskakelingsproses. Die liggolwe bestaan ​​slegs uit protone wat geen rusmassa het nie. In die massa-energie-ekwivalensieformule word die klein massa liggolwe omgeskakel in die hoogste moontlike energie om teen die hoogste moontlike spoed te beweeg. 

Die relatiewe snelhede kan slegs die spoed van lig oorskry as;

  • Die afstand tussen hulle is nul.
  • Die tyd wat nodig is om te reis is oneindig.
  • Geen kontak- of nie-kontak tipes krag werk op albei in nie, dus hul versnelling is nul.
  • En hulle massas is oneindig. 

Die voorwerp met oneindige massas is dus nie prakties in die werklike lewe nie. Dis hoekom nie voorwerpe of hul relatiewe snelhede kan nie die waarde van die spoed van lig oorskry nie. 

Kan iets vinniger gaan as die spoed van lig?

’n Voorwerp met nulmassa kan vinniger gaan en selfs die waarde van lig se spoed bereik maar dit nooit oorskry nie.

Die Groot Hadron Collider (LHC) is die deeltjieversneller wat die 99.99% spoed van lig bereik het relatief tot 'n ander groep protone. Maar om vinniger as die c-waarde te gaan, is die benodigde energie meer as die energie wat deur die hele stad verbruik word.  

Large Hadron Collider
Large Hadron Collider
(Krediet: Shutter)

Laat 'n boodskap

Jou e-posadres sal nie gepubliseer word nie. Verpligte velde gemerk *

Scroll na bo