Φυσική για παιδιά

Θεωρία της Σχετικότητας

Η θεωρία της σχετικότητας είναι στην πραγματικότητα δύο θεωρίες που επινόησε ο Άλμπερτ Αϊνστάιν στις αρχές του 1900. Η μία ονομάζεται "ειδική" σχετικότητα και η άλλη "γενική" σχετικότητα. Θα μιλήσουμε εδώ κυρίως για την ειδική σχετικότητα.

Μπορείτε να μάθετε περισσότερα για δύο πολύ σημαντικές πτυχές της θεωρίας της σχετικότητας σε αυτή τη σελίδα σχετικά με την ταχύτητα του φωτός και τη διαστολή του χρόνου.

Ειδική Σχετικότητα

Υπάρχουν δύο βασικές ιδέες που συνθέτουν τη θεωρία της ειδικής σχετικότητας του Αϊνστάιν.

1. Η αρχή της σχετικότητας: Οι νόμοι της φυσικής είναι οι ίδιοι για κάθε αδρανειακό σύστημα αναφοράς.

2. Η αρχή της ταχύτητας του φωτός: Η ταχύτητα του φωτός στο κενό είναι η ίδια για όλους τους παρατηρητές, ανεξάρτητα από τη σχετική τους κίνηση ή την κίνηση της πηγής του φωτός.

Τι σημαίνει "σχετικό";

Η πρώτη αρχή που αναφέρεται παραπάνω είναι αρκετά συγκεχυμένη. Τι σημαίνει αυτό; Λοιπόν, πριν από τον Άλμπερτ Αϊνστάιν, οι επιστήμονες πίστευαν ότι όλη η κίνηση γινόταν σε ένα σημείο αναφοράς που ονομαζόταν "αιθέρας". Ο Αϊνστάιν ισχυρίστηκε ότι ο αιθέρας δεν υπήρχε. Είπε ότι όλη η κίνηση ήταν "σχετική". Αυτό σήμαινε ότι η μέτρηση της κίνησης εξαρτιόταν από τη σχετική ταχύτητα και τη θέση του παρατηρητή.

Ένα σχετικό παράδειγμα

Ένα παράδειγμα της σχετικότητας είναι να φανταστείτε δύο άτομα σε ένα τρένο να παίζουν πινγκ-πονγκ. Το τρένο ταξιδεύει με ταχύτητα περίπου 30 m/s βόρεια. Όταν η μπάλα χτυπιέται μπρος-πίσω μεταξύ των δύο παικτών, η μπάλα φαίνεται στους παίκτες να κινείται βόρεια με ταχύτητα περίπου 2 m/s και στη συνέχεια νότια με ταχύτητα 2 m/s.

Φανταστείτε τώρα κάποιον που στέκεται δίπλα στις σιδηροδρομικές γραμμές και παρακολουθεί το παιχνίδι πινγκ-πονγκ. Όταν η μπάλα ταξιδεύει βόρεια, φαίνεται να ταξιδεύει με ταχύτητα 32 m/s (30 m/s συν 2 m/s). Όταν η μπάλα χτυπηθεί προς την άλλη κατεύθυνση, εξακολουθεί να φαίνεται να ταξιδεύει βόρεια, αλλά με ταχύτητα 28 m/s (30 m/s μείον τα 2 m/s). Στον παρατηρητή δίπλα στο τρένο, η μπάλα φαίνεται πάντα να ταξιδεύει βόρεια.

Το αποτέλεσμα είναι ότι η ταχύτητα της μπάλας εξαρτάται από τη "σχετική" θέση του παρατηρητή. Θα είναι διαφορετική για τους ανθρώπους στο τρένο από ό,τι για το άτομο στην πλευρά των σιδηροδρομικών γραμμών.

E = mc2

Ένα από τα αποτελέσματα της θεωρίας της ειδικής σχετικότητας είναι η περίφημη εξίσωση του Αϊνστάιν E = mc2. Στον τύπο αυτό E είναι η ενέργεια, m είναι η μάζα και c είναι η σταθερή ταχύτητα του φωτός.

Ένα ενδιαφέρον αποτέλεσμα αυτής της εξίσωσης είναι ότι η ενέργεια και η μάζα συνδέονται μεταξύ τους. Κάθε μεταβολή στην ενέργεια ενός αντικειμένου συνοδεύεται επίσης από μεταβολή στη μάζα. Η έννοια αυτή έγινε σημαντική για την ανάπτυξη της πυρηνικής ενέργειας και της πυρηνικής βόμβας.

Συρρίκνωση μήκους

Ένα άλλο ενδιαφέρον αποτέλεσμα της ειδικής σχετικότητας είναι η συρρίκνωση του μήκους. Η συρρίκνωση του μήκους είναι όταν τα αντικείμενα φαίνονται μικρότερα όσο πιο γρήγορα κινούνται σε σχέση με τον παρατηρητή. Το φαινόμενο αυτό εμφανίζεται μόνο όταν τα αντικείμενα φτάνουν σε πολύ υψηλές ταχύτητες.

Για να σας δώσω ένα παράδειγμα για το πώς τα αντικείμενα που κινούνται πολύ γρήγορα φαίνονται μικρότερα. Αν ένα διαστημόπλοιο μήκους 100 ποδιών πετούσε δίπλα σας με το 1/2 της ταχύτητας του φωτός, θα φαινόταν να έχει μήκος 87 πόδια. Αν επιταχυνόταν με 0,95 της ταχύτητας του φωτός, θα φαινόταν να έχει μήκος μόνο 31 πόδια. Φυσικά, όλα αυτά είναι σχετικά. Για τους ανθρώπους που βρίσκονται στο διαστημόπλοιο, αυτό θα φαινόταν πάντα να έχει μήκος 100 πόδια.

Διαβάστε περισσότερα για τον Άλμπερτ Αϊνστάιν και τη Θεωρία της Γενικής Σχετικότητας.

Δραστηριότητες

Κάντε ένα κουίζ δέκα ερωτήσεων σχετικά με αυτή τη σελίδα.

Πυρηνική Φυσική και Σχετικότητα

Atom

Στοιχεία

Περιοδικός Πίνακας

Ραδιενέργεια

Θεωρία της Σχετικότητας

Σχετικότητα - Φως και χρόνος

Στοιχειώδη σωματίδια - Κουάρκς

Πυρηνική ενέργεια και σχάση

Επιστήμη>> Φυσική για παιδιά