Pytania
5.1 Niezmienność praw fizyki
Który postulat szczególnej teorii względności Einsteina wprowadza założenia, niepasujące do fizyki klasycznej? Wyjaśnij.
Czy Ziemia jest układem inercjalnym? A Słońce? Uzasadnij swoją odpowiedź.
Kiedy znajdujesz się na pokładzie lecącego samolotu, masz wrażenie, że Ziemia pod tobą się przemieszcza, a samolot pozostaje w spoczynku. Czy ten punkt widzenia jest słuszny? Krótko rozwiń swoją odpowiedź.
5.3 Dylatacja czasu
Odpowiedz na poniższe pytania.
- Czy ruch zegara wpływa na pomiar czasu przez obserwatora poruszającego się razem z zegarem?
- Czy ruch obserwatora względem zegara wpływa na pomiar czasu na tym zegarze?
Przez kogo mierzony czas wydaje się dłuższy – obserwatora poruszającego się względem zdarzenia czy obserwatora poruszającego się razem ze zdarzeniem? Który z obserwatorów zmierzy czas własny zdarzenia?
Odpowiedz na poniższe pytania.
- W jaki sposób mógłbyś zobaczyć Ziemię starszą o wiele lat, sam starzejąc się dużo mniej?
- Czy ta metoda pozwala na podróżowanie w przeszłość?
5.4 Skrócenie długości w szczególnej teorii względności
Według kogo ciało ma większą długość – obserwatora poruszającego się względem ciała czy obserwatora poruszającego się razem z ciałem? Który z obserwatorów zmierzy długość własną zdarzenia?
Efekty relatywistyczne, takie jak dylatacja czasu czy skrócenie długości, występują w przypadku samochodów i samolotów. Czemu wydają nam się tak nieoczywiste?
Załóż, że astronauta porusza się z prędkością bliską prędkości światła względem Ziemi.
- Czy astronauta zaobserwuje spowolnienie upływu czasu na zegarach pokładowych?
- Jaką zmianę zauważy w zegarach na Ziemi?
- Czy jego statek wydaje mu się skrócony?
- Co w przypadku odległości między dwoma gwiazdami położonymi wzdłuż toru jego ruchu?
- Czy naukowiec znajdujący się na Ziemi zgodzi się z astronautą co do prędkości względnej statku kosmicznego i Ziemi?
5.7 Relatywistyczny efekt Dopplera
Wyjaśnij pojęcia „przesunięcie ku czerwieni” i „przesunięcie ku fioletowi” w odniesieniu do relatywistycznego efektu Dopplera.
Czy relatywistyczny efekt Dopplera jest zgodny z klasycznym efektem Dopplera w odniesieniu do długości fali , większej w przypadku oddalania się źródła od obserwatora?
Wszystkie galaktyki oddalone o ponad lat świetlnych wykazują przesunięcie ku czerwieni światła przez nie emitowanego, proporcjonalne do ich odległości od Ziemi (im dalej, tym przesunięcie jest większe). Na co wskazuje takie przesunięcie? Pamiętaj, że jego jedynym źródłem jest ruch źródła światła względem obserwatora.
5.8 Pęd relatywistyczny
W jaki sposób fizyka relatywistyczna wpływa na zasadę zachowania pędu?
Czy możliwe jest zachowanie pędu relatywistycznego, gdy na układ działa siła zewnętrzna? Wyjaśnij.
5.9 Energia relatywistyczna
Jak fizyka relatywistyczna zmienia klasyczne ujęcie zasady zachowania energii i masy?
Co dzieje się z masą wody w dzbanku, gdy stygnie, jeśli założymy, że nie ma przepływu masy poza dzbanek? Czy zmiana ta jest mierzalna? Wyjaśnij.
Rozważ następujący eksperyment myślowy. Wczesnym rankiem umieszczamy na wadze na tarasie nadmuchany balon. Balon pozostaje na wadze niezależnie od pogody, umożliwiając dokładny pomiar. Czy masa balonu ulegnie zmianie w trakcie dnia? Omów trudności związane z takim pomiarem.
Masa paliwa w reaktorze jądrowym zmniejsza się znacząco wraz z uwalnianiem energii. Czy taki sam mechanizm obowiązuje w przypadku węgla i tlenu w konwencjonalnej elektrowni? Jeśli tak, to czy jesteśmy w stanie zmierzyć ten ubytek masy? Wyjaśnij.
Wiemy, że jest maksymalną prędkością ciała o niezerowej masie. Czy istnieje takie ograniczenie w przypadku pędu albo energii? Wyjaśnij.
Wiedząc, że światło przemieszcza się z prędkością światła, zastanów się, czy może mieć ono masę. Wyjaśnij.
Jeżeli wykorzystamy teleskop do skierowania wiązki laserowej na powierzchnię Księżyca, możemy przesuwać plamkę na Księżycu z prędkością większą niż prędkość światła. Czy ten paradoks przeczy założeniom fizyki relatywistycznej? (Wskazówka: Sygnał świetlny jest przesyłany z powierzchni Ziemi na Księżyc, a nie na powierzchni Księżyca).