Fysiikkaa lapsille

Suhteellisuusteoria

Suhteellisuusteoria koostuu itse asiassa kahdesta teoriasta, jotka Albert Einstein kehitti 1900-luvun alussa. Toista kutsutaan "erityiseksi" suhteellisuusteoriaksi ja toista "yleiseksi" suhteellisuusteoriaksi. Puhumme tässä lähinnä erityisestä suhteellisuusteoriasta.

Tällä sivulla voit tutustua tarkemmin kahteen erittäin tärkeään suhteellisuusteorian osa-alueeseen, jotka koskevat valon nopeutta ja ajanlaajenemista.

Erityinen suhteellisuusteoria

Einsteinin erityinen suhteellisuusteoria koostuu kahdesta pääajatuksesta.

1. Suhteellisuusperiaate: Fysiikan lait ovat samat kaikissa inertiaaliviitekehyksissä.

2. Valon nopeuden periaate: Valon nopeus tyhjiössä on sama kaikille havaitsijoille riippumatta heidän suhteellisesta liikkeestään tai valon lähteen liikkeestä.

Mitä "suhteellinen" tarkoittaa?

Edellä mainittu ensimmäinen periaate on melko hämmentävä. Mitä se tarkoittaa? Ennen Albert Einsteinia tiedemiehet ajattelivat, että kaikki liike tapahtuu "eetteriksi" kutsuttua vertailupistettä vasten. Einstein väitti, että eetteriä ei ole olemassa. Hän sanoi, että kaikki liike on "suhteellista". Tämä tarkoitti sitä, että liikkeen mittaaminen riippuu havaitsijan suhteellisesta nopeudesta ja sijainnista.

Suhteellinen esimerkki

Yksi esimerkki suhteellisuusteorian soveltamisesta on kuvitella kaksi ihmistä junassa pelaamassa pingistä. Juna kulkee noin 30 m/s pohjoiseen. Kun palloa lyödään edestakaisin kahden pelaajan välillä, pallo näyttää pelaajien mielestä liikkuvan ensin pohjoiseen noin 2 m/s ja sitten etelään 2 m/s nopeudella.

Kuvittele nyt, että joku seisoo junaradan vieressä katsomassa pingispeliä. Kun pallo kulkee pohjoiseen, se näyttää kulkevan nopeudella 32 m/s (30 m/s plus 2 m/s). Kun palloa lyödään toiseen suuntaan, se näyttää edelleen kulkevan pohjoiseen, mutta nopeus on 28 m/s (30 m/s miinus 2 m/s). Junan vieressä seisovalle tarkkailijalle pallo näyttää aina kulkevan pohjoiseen.

Tuloksena on, että pallon nopeus riippuu tarkkailijan "suhteellisesta" sijainnista. Se on erilainen junassa oleville ihmisille kuin raiteiden varrella olevalle henkilölle.

E = mc2

Yksi erityisen suhteellisuusteorian tuloksista on Einsteinin kuuluisa yhtälö E = mc2. Tässä kaavassa E on energia, m on massa ja c on valon vakionopeus.

Mielenkiintoinen tulos tästä yhtälöstä on se, että energia ja massa ovat yhteydessä toisiinsa. Jokaiseen kappaleen energian muutokseen liittyy myös massan muutos. Tästä käsitteestä tuli tärkeä ydinenergiaa ja ydinpommia kehitettäessä.

Pituuden supistuminen

Toinen mielenkiintoinen suhteellisuusteorian tulos on pituuden supistuminen. Pituuden supistuminen tarkoittaa sitä, että kappaleet näyttävät lyhyemmiltä, mitä nopeammin ne liikkuvat havaitsijaan nähden. Tämä ilmiö ilmenee vain, kun kappaleet saavuttavat hyvin suuria nopeuksia.

Annan esimerkin siitä, miten hyvin nopeasti liikkuvat esineet näyttävät lyhyemmiltä. Jos 100 jalan pituinen avaruusalus lentäisi ohitsemme 1/2 valonnopeudella, se näyttäisi 87 jalan pituiselta. Jos se kiihdyttäisi 0,95 valonnopeuteen, se näyttäisi vain 31 jalan pituiselta. Tämä kaikki on tietenkin suhteellista. Avaruusaluksessa oleville ihmisille se näyttäisi aina 100 jalan pituiselta.

Lue lisää aiheesta Albert Einstein ja yleinen suhteellisuusteoria.

Toiminta

Tee kymmenen kysymyksen tietokilpailu tästä sivusta.

Ydinfysiikka ja suhteellisuusteoria Aiheet

Atom

Elementit

Jaksollinen järjestelmä

Radioaktiivisuus

Suhteellisuusteoria

Suhteellisuusteoria - Valo ja aika

Alkeishiukkaset - kvarkit

Ydinenergia ja fissio

Tiede>> Fysiikka lapsille