Ефекти на СТО: забавяне на времето, скъсяване на дължините, събиране на скоростите
От постулатите на Айнщайн следват ефекти, които се проявяват при скорости, близки до c. Лоренцовият множител е γ = 1/√(1 − v2/c2) ≥ 1. Движещият се часовник изостава: t = γ·t0, където t0 е собственото време. Дължината на движещо се тяло по посока на движението се скъсява: l = l0/γ. Скоростите се събират по релативисткия закон u = (v + u′)/(1 + vu′/c2), затова сборът никога не надминава c.
Какво да запомним
- γ = 1/√(1 − v2/c2); при v = 0,6c γ = 1,25, при v = 0,8c γ = 5/3.
- Забавяне на времето: t = γ·t0.
- Скъсяване на дължините: l = l0/γ (само по посока на движението).
- Релативистко събиране: u = (v + u′)/(1 + vu′/c2).
Пример
Мюоните от космическите лъчи живеят около 2,2 μs, но при скорости близо до c за земния наблюдател живеят много по-дълго и достигат земната повърхност.
Проверете се: 10 въпроса
Натиснете въпроса, за да видите верния отговор и обяснението.
Как се нарича ефектът, при който движещ се часовник изостава спрямо неподвижен наблюдател?
- Скъсяване на дължините
- Ефект на Доплер
- Забавяне на времето
- Фотоефект
Отговор: Забавяне на времето
Собственото време на движещия се часовник тече по-бавно за неподвижния наблюдател.
Колко е лоренцовият множител γ на тяло, което се движи със скорост 0,8c?
- 0,6
- 1,25
- 5/3
- 0,8
Отговор: 5/3
γ = 1/√(1 − 0,64) = 1/0,6 = 5/3 ≈ 1,67.
Мюон живее 2,2 μs в собствената си система. Колко живее той за земен наблюдател, ако се движи с 0,8c?
- ≈ 1,3 μs
- 2,2 μs
- 1,76 μs
- ≈ 3,7 μs
Отговор: ≈ 3,7 μs
γ = 1/0,6 = 5/3; t = 5/3 · 2,2 ≈ 3,7 μs.
Пръчка с дължина 1 m се движи по дължината си със скорост 0,6c. Каква е дължината ѝ за неподвижен наблюдател?
- 1,25 m
- 0,8 m
- 0,6 m
- 1 m
Отговор: 0,8 m
l = l0/γ = 1/1,25 = 0,8 m.
Два кораба се приближават един към друг, всеки със скорост 0,5c спрямо Земята. Каква е скоростта на единия спрямо другия?
- c
- 0,5c
- 0,25c
- 0,8c
Отговор: 0,8c
u = (0,5c + 0,5c)/(1 + 0,25) = 0,8c.
През коя година Алберт Айнщайн публикува специалната теория на относителността?
- 1915 г.
- 1687 г.
- 1905 г.
- 1921 г.
Отговор: 1905 г.
СТО е публикувана през 1905 г.; общата теория на относителността е от 1915 г.
Как се нарича постулатът, че законите на физиката са еднакви във всички инерциални системи?
- Принцип на суперпозицията
- Принцип на относителността
- Закон за запазване на енергията
- Принцип на неопределеността
Отговор: Принцип на относителността
Той обобщава принципа на относителността на Галилей за всички физични явления.
При каква скорост лоренцовият множител γ е равен на 1,25?
- 0,8c
- 0,25c
- 0,6c
- 1,25c
Отговор: 0,6c
1 − v2/c2 = 1/1,252 = 0,64, v2/c2 = 0,36, v = 0,6c.
Ракета лети с 0,6c спрямо Земята и изстрелва напред сонда със скорост 0,6c спрямо ракетата. Каква е скоростта на сондата спрямо Земята?
- ≈ 0,88c
- 1,2c
- 0,6c
- c
Отговор: ≈ 0,88c
u = (0,6 + 0,6)/(1 + 0,36) · c ≈ 0,88c.
Кораб лети до звезда на 8 светлинни години със скорост 0,8c; за земния наблюдател пътят трае 10 години. Колко време минава на кораба?
- 10 години
- 6 години
- 8 години
- 16,7 години
Отговор: 6 години
τ = t/γ = 10 · 0,6 = 6 години.