Relativitetsteori för dummies: Innehållet förklarade helt enkelt
När man tänker på relativitetsteorin kommer formeln E = mc² vanligtvis att tänka på. Detta praktiska tips kommer att berätta vad denna formel handlar om och vad du bör veta om "relativitet".
Relativitetsteorin förklarade helt enkelt
Relativitetsteorin handlar om rymd, tid och gravitation och var en riktig milstolpe i fysiken. Många saker som varpkörning och tidsresor gjorde det lite mer möjligt. Det består av två teorier.
- Den speciella relativitetsteorin. Det förklarar beteendet med tid och rum ur observatörens perspektiv.
- Den allmänna relativitetsteorin. Den beskriver tyngdkraften som krumningen av tid och rum, som skapas till exempel av stora massor som stjärnor.
förklaring
I fysiken kallas ett referenssystem för en rumslig tidsstruktur, som krävs för att exakt beskriva platsberoende processer. Ett tröghetssystem är ett referenssystem där kraftfria partiklar vilar eller går raka vägar med konstant hastighet. Tiden går till exempel långsammare i ett tröghetssystem än i ett annat.
- Enligt Einsteins speciella relativitetsteori är alla tröghetssystem lika till sin natur. Om tiden går snabbare i ett system än i ett annat gäller båda egenskaperna. Tiden flyger snabbare och samtidigt normalt.
- Man måste dock notera att inget system, objekt eller partikel kan vara snabbare än ljus. Vid 299792.458 km / s är ljusets hastighet (c) en övre gräns för hastigheter. Tyvärr är det inte möjligt att flyga ett rymdskepp med "två gånger ljusets hastighet" i vissa sci-fi-filmer.
E = mc² - det betyder formeln
Nästan alla känner dem, men ingen vet hur man faktiskt använder dem: vi talar om den berömda formeln E = mc². Med detta kan energin beräknas beroende på den relativa massan.
- Enligt Einstein är energi och massa (t.ex. med partiklar) ekvivalenta.
- Den totala energin (E) kan beräknas med formeln E = mc² med m = m ': √ (1 - v²: c²). I detta fall är m 'massan i vila. Formeln kan emellertid inte tillämpas på "klassisk" fysik, utan gäller endast för relativistisk fysik.
Relativitetsteorin: vad är tidsutvidgning och längdkontraktion?
Beroende på hastighet (för ett objekt) kan tiden (som går relativt observatören) eller längden (på objektet) påverkas. Tid och längd beror på hastigheten.
- Ju snabbare ett objekt rör sig i rymden, desto långsammare tid går i förhållande till en vilande observatör. Även i närheten av stora folkmassor går tiden långsammare. Du kan hitta mer detaljerad information i vår artikel om "Tidsutvidgning".
- När ett objekt rör sig med hög hastighet i rymden komprimeras dess längd (i hastighetsriktningen). Även här hittar du en separat artikel som handlar om längdkontraktion.
Rumets och tidens krökning: Stora massor i rymden
Slutligen vill vi ägna oss åt de stora massorna i rymden (till exempel en planet).
- Som ni redan vet från vår artikel om tidsutvidgning, går tiden långsammare nära stora massor.
- Stora massor, såsom en stjärna, böjutrymme (och tid). Du kan tänka på detta fenomen som en stor duk som "böjs" när du lägger något tungt som en vattenmelon på den. Rymdtid är krökt på liknande sätt. Detta innebär att ljus också avböjs av stora massor.
Einsteins relativitetsteori: Du bör kunna använda dessa formler
Många olika formler används i relativistisk fysik. Vi visar dig de viktigaste du borde veta.
- Formeln för den relativa tiden är ∆t '= ∆t: √ (1 - v²: c²). I det här exemplet vill vi beräkna hur många sekunder som passerar i ett system som rör sig vid 200000 km / s: ∆t '= 5s: √ (1 - (200000000 m / s) ²: (299792458 m / s) ² ) ≈ 6, 712 s. Det betyder att medan 5 sekunder passerar i ett accelererat system, går det cirka 7 sekunder i ett stationärt system! Vid ljusets hastighet skulle det finnas 0 i nämnaren. Detta skulle resultera i ∞.
- Formeln för längdkontraktion är l = l '⋅ √ (1 - v²: c²). Den relativa längden beror på grundlängden och hastigheten. Vid ljusets hastighet skulle längden vara 0!
- Du känner också till formeln E = mc² med m = m ': √ (1 - v²: c²) från den här artikeln.
- Slutligen finns formeln för den relativistiska Doppler-effekten (för proffs). Du kommer att märka Doppler-effekten när till exempel en polisbil med en sirene kör förbi dig. Detta fenomen kan tillämpas analogt på relativistisk fysik: frekvensen beror på hastigheten. Om sändaren och mottagaren av elektromagnetiska vågor (t.ex. ljus) rör sig bort från varandra ändras frekvensen. Följande gäller: f '= f ⋅ √ ((1 - v: c): (1 + v: c))
- Om du behärskar dessa grundformler kan du redan lösa många relativistiska problem.