Artykuł omawia szczególną koncepcję teorii względności, która obejmuje prędkość względną i prędkość światła.
Względna prędkość i prędkość światła reprezentują ruch wielu ciał oddziałujących ze sobą. Prędkość jednego z poruszających się ciał względem drugiego jest obliczana jako ich prędkość względna. W przeciwieństwie do tego, maksymalnym ograniczeniem obu prędkości względnych jest „prędkość światła”.
Prędkość dowolnego obiektu zależy od klatki. Oznacza to, że prędkość obiektu musi być oszacowana w odniesieniu do ramy innego obiektu wchodzącego w interakcje, nawet jeśli obiekt jest w spoczynku lub porusza się.
Jeśli oba obiekty A i B poruszają się w tym samym kierunku, ich prędkość względna VAB jest sumą obu prędkości (VA + VB).
Jeśli oba obiekty A i B poruszają się w przeciwnym kierunku, ich prędkość względna VAB to różnica między ich prędkościami (VA – VB).
Prędkość względną charakteryzuje układ odniesienia innego obiektu lub obserwatora, reprezentowany przez współrzędne przestrzenne (x,y,z,t).
Jednak prędkość każdego obiektu musi mieć największą wartość, odkrytą przez duńskiego astronoma Ole Roemera. Eksperymentował z prędkością elektromagnetyczne fale EM podróżuje po ziemi. Obliczył, że fale świetlne potrzebowały 17 minut, aby przebyć średnicę orbity naszej Ziemi. Dzieląc średnicę orbity przez różnicę czasu, prędkość światła (c) jest liczona jako 186,000 XNUMX mil na sekundę.
James Maxwell zaproponował, że światło, jedna z fal elektromagnetycznych, przemieszcza się z prędkością 1,86,000 3.8 mil na sekundę, czyli 10 x XNUMX8 SM. Einstein kultywował szczególną teorię względności, wystawiając hipotezę, że prędkość światła jest stała i niezależna od ruchu jego źródła.
Zgodnie z teorią względności Einsteina istnieje ograniczenie prędkości dla każdej materii, energii lub sygnału, który przenosi informacje w przestrzeni. Oznacza to, że prędkość względna między dwoma oddziałującymi ciałami ma ograniczenie prędkości równe prędkości światła.
(kredyt: shutterstock)
Czy prędkość względna może przekroczyć prędkość światła?
Połączenia prędkość względna dowolnego obiektu nie może przekroczyć wartości prędkości światła.
Całe promieniowanie EM zawiera bezmasowe cząstki. Dlatego potrzebują mniej energii, aby osiągnąć prędkość światła. Dla porównania, cząstki o niezerowej masie wymagają niezwykle dużej energii. Dlatego fala EM rozchodzi się z prędkością światła, pomimo układu odniesienia; ale nie może go przekroczyć.
Wcześniej fizycy zakładali, że nie ma granic prędkości obiektu. Ale Einstein odkrył wartość prędkości światła (c) w próżni jako ograniczenie prędkości dla wszystkich obiektów na Ziemi. Że oznacza, że żaden obiekt nie może poruszać się szybciej niż wartość 3 x 108 m/s. Połączenia prędkość względna danego obiektu o masie niezerowej jest obliczany w układzie odniesienia drugiego obiektu. Ale żaden obserwator nie będzie świadkiem zbliżania się lub przekraczania wartości c przez obserwatora w innym układzie odniesienia.
Załóżmy, że mężczyzna jedzie pociągiem, a inny mężczyzna stoi przed pociągiem. Mężczyzna w pociągu złapał mężczyznę na zewnątrz, jadącego z prędkością 30 km/h, podczas gdy mężczyzna na zewnątrz dostrzegł mężczyznę w pociągu, jadącego z prędkością 250 km/h. Pytanie o 'jaka jest rzeczywista prędkość pociągu?' nie ma jednej odpowiedzi.
Prędkość pociągu względem osoby stojącej na zewnątrz pociągu jest określana przez dodanie prędkości 30 + 250 = 280 km/h. Dla porównania, prędkość pociągu względem człowieka w pociągu wynosi 30 km/h. Dodatkowo, prędkość tego samego pociągu względem galaktyki wynosi 2,20,000 m/s.
Wprowadźmy fale EM na przykładzie pociągu jadącego nocą i człowieka na zewnątrz pociągu oświetlającego latarką błysk światła na człowieka w pociągu. Rozumiemy, że prędkość pociągu w stosunku do człowieka na zewnątrz wynosi 280 km/h. Jednocześnie światło ma prędkość 3 x 108 SM. Zatem prędkość światła względem pociągu wynosi 3 x 108 SM.
Jeśli lubimy obliczyć prędkość światła w stosunku do człowieka w pociągu, powiedzielibyśmy 280 + 3 x 108 = 3,00,000,280 3 10 XNUMX m/s. Ale to nie jest ważne. Prędkość światła w stosunku do człowieka w pociągu wciąż wynosi XNUMX x XNUMX8 zgodnie z teorią względności Einsteina. Ponieważ wszystkie prędkości są względne, prędkość światła jest bezwzględną lub uniwersalną wartością stałą niezależną od ośrodka i układu odniesienia, który przebył.
Dlatego bez względu na to, jak szybko obserwator porusza się względem źródła światła, prędkość światła jest taka sama, gdy każdy obserwator je widzi. Zrozumieliśmy, że prędkość względną uzyskuje się przez dodanie prędkości, ale nie może ona przekroczyć wartości c.
Dlaczego prędkości względne nie mogą przekraczać prędkości światła?
Połączenia prędkości względne nie może przekraczać prędkości światła ze względu na duże zapotrzebowanie na energię.
Obiekty oddziałujące muszą utrzymywać duże masy, aby poruszać się z większą prędkością. Im ogromny obiekt, tym szybciej się porusza. Jednak obiekty wymagają nieskończonej ilości energii, aby przekroczyć swoje prędkości względne do prędkości światła, co praktycznie nie zdarza się w przypadku obiektów o niezerowej masie.
Einstein opracował równoważność masy i energii który przewiduje ilość energii potrzebną do przemieszczenia obiektu o niezerowej masie. E = mc2. Wzór pokazuje nam, że wielkości energii i masy są wzajemnie przemienne. Oznacza to, że masę można przekształcić w energię i odwrotnie. Równoważność masy i energii określa kurs wymiany między energią i masą.
Fale EM rozładowują się jako duża ilość energii w proces konwersji energii. Fale świetlne zawierają tylko protony, które mają zerową masę spoczynkową. We wzorze na równoważność masy i energii, niewielka masa fal świetlnych jest przekształcana w najwyższą możliwą energię, aby podróżować z największą możliwą prędkością.
Prędkości względne mogą przekraczać prędkość światła tylko wtedy, gdy;
- Odległość między nimi wynosi zero.
- Czas potrzebny na podróż jest nieskończony.
- Na obydwa nie działają żadne siły kontaktowe ani bezstykowe, więc ich przyspieszenie wynosi zero.
- A ich masy są nieskończone.
Zatem obiekt mający nieskończone masy nie jest praktyczny w prawdziwym życiu. Dlatego nie obiekty lub ich prędkości względne nie może przekraczać wartości prędkości światła.
Czy coś może poruszać się szybciej niż prędkość światła?
Obiekt o zerowej masie może poruszać się szybciej, a nawet osiągnąć wartość prędkości światła, ale nigdy jej nie przekroczyć.
Połączenia Wielki Zderzacz Hadronów (LHC) to akcelerator cząstek, który osiągnął 99.99% prędkości światła w stosunku do innej grupy protonów. Ale aby jechać szybciej niż wartość c, potrzebna energia to więcej niż energia zużywana przez całe miasto.
(kredyt: shutterstock)
Przeczytaj także:
- Jak mierzyć prędkość w prawach gazowych
- Jak znaleźć przyspieszenie kątowe na podstawie prędkości kątowej
- Rpm do prędkości kątowej
- Jak wyznaczać prędkość w geofizyce
- Jak wyznaczyć prędkość w ruchu jednostajnym po okręgu
- Wykres dodatniego przyspieszenia ujemnej prędkości
- Jak znaleźć prędkość kątową w dynamice obrotowej
- Jak mierzyć prędkość w pętlowej kosmologii kwantowej
- Jaka jest stała na wykresie prędkości w czasie?
- Jak znaleźć prędkość przy stałym przyspieszeniu
Witam, nazywam się Manish Naik i ukończyłem studia magisterskie z fizyki na kierunku elektronika półprzewodnikowa jako specjalizacja. Mam trzyletnie doświadczenie w pisaniu artykułów na temat fizyki. Pisanie, którego celem było dostarczenie dokładnych informacji wszystkim czytelnikom, zarówno początkującym, jak i ekspertom.
W wolnym czasie uwielbiam spędzać czas na łonie natury lub zwiedzać miejsca historyczne.
Nie mogę się doczekać, aby połączyć się z Tobą za pośrednictwem LinkedIn –