Spesiell relativitetsteori

Like dokumenter
Spesiell relativitetsteori

Spesiell relativitetsteori

Spesiell relativitetsteori

Spesiell relativitetsteori

Spesiell relativitetsteori

Elastisitetsteori. Spesiell relativitetsteori

Repetisjon

Elastisitetsteori. Spesiell relativitetsteori

Repetisjon

ØVING 13. Oppgave 1 a) Løs oppgave 1a i Øving 2 gjengitt nedenfor ved å bruke kompleks representasjon.

Løsningsforslag til oppgavene 1 8 fra spesiell relativitetsteori.

Fiktive krefter

Løsningsforslag til øving 12

ERGO Fysikk. 3FY. AA (Reform 94) - 8. Relativitetsteori Tid - Fagstoff. Innholdsfortegnelse

UNIVERSITETET I OSLO

Løsningsforslag Eksamen i Fys-mek1110 våren 2010

Fiktive krefter

UNIVERSITETET I OSLO

Einsteins relativitetsteori

UNIVERSITETET I OSLO

FYS-MEK 1110 Løsningsforslag Eksamen Vår 2014

Fiktive krefter

UNIVERSITETET I OSLO

FYS 3120: Klassisk mekanikk og elektrodynamikk

FYS 3120: Klassisk mekanikk og elektrodynamikk

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

Fiktive krefter. Gravitasjon og planetenes bevegelser

Newtons lover i én dimensjon

FYSMEK1110 Eksamensverksted 31. Mai 2017 (basert på eksamen 2004, 2013, 2014, 2015,)

Repetisjon

Løsningsforslag Fys-mek1110 V2012

Kinematikk i to og tre dimensjoner

Løsningsforslag til ukeoppgave 4

Kap 02 Posisjon / Hastighet / Akselerasjon 2D - Bevegelse langs en rett linje

Løsningsforslag Eksamen i Fys-mek1110 våren 2009

Newtons lover i én dimensjon (2)

UNIVERSITETET I OSLO. Introduksjon. Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet 1.1

Newtons lover i én dimensjon (2)

Newtons lover i én dimensjon

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

Newtons lover i én dimensjon (2)

EKSAMENSOPPGAVE Njål Gulbrandsen / Ole Meyer /

TFY4106 Fysikk. Institutt for fysikk, NTNU. Test 2.

Fysikkmotorer. Andreas Nakkerud. 9. mars Åpen Sone for Eksperimentell Informatikk

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 19: Kosmologi, del I

Kortfattet løsningsforslag / fasit

Newtons lover i én dimensjon

Newtons lover i én dimensjon (2)

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

Keplers lover. Statikk og likevekt

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 5: Fysikken i astrofysikk, del 2

UNIVERSITETET I OSLO

Theory Norwegian (Norway) Vær vennlig å lese de generelle instruksjonene i den separate konvolutten før du begynner på dette problemet.

Fiktive krefter. Gravitasjon og ekvivalensprinsippet

Stivt legemers dynamikk

Prosjektoppgave i FYS-MEK 1110

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

Hvor i koordinatsystemet flyr dronen?

EKSAMENSOPPGAVE. Adm.bygget, rom B154 2 ark med egne notater (4 sider) Godkjent kalkulator Rottman. Matematisk formelsamling

FYS 3120/4120: Klassisk mekanikk og elektromagnetisme. Midtterminevaluering våren 2004 Obligatorisk sett innleveringsoppgaver

UNIVERSITETET I OSLO

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN FYS120 VÅR 2017

Corioliskraften. Forsøk på å forstå et eksotisk fenomen Arnt Inge Vistnes, 27. mars 2006

EKSAMENSOPPGAVE. To dobbeltsidige ark med notater. Stian Normann Anfinsen

Kinematikk i to og tre dimensjoner

Norges Informasjonstekonlogiske Høgskole

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 19: Kosmologi

EKSAMEN I FAG SIF 4014 FYSIKK 3 Onsdag 13. desember 2000 kl Bokmål. K. Rottmann: Matematisk formelsamling

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN FYS119 VÅR 2017

Repetisjon Eksamensverksted i dag, kl , Entropia

Løsningsforslag til eksamen FY0001 Brukerkurs i fysikk Juni 2011

Løsningsforslag Obligatorisk oppgave 1 i FO340E

Øving 2: Krefter. Newtons lover. Dreiemoment.

SG: Spinn og fiktive krefter. Oppgaver

Løsningsforslag til øving 5

Kortfattet løsningsforslag

FAG: Fysikk FYS118 LÆRER: Fysikk : Per Henrik Hogstad (fellesdel) Kjetil Hals (linjedel)

Sammendrag, uke 13 (30. mars)

Løsningsforslag. Prøve i Matematikk 1000 BYFE DAFE 1000 Dato: 29. mai 2017 Hjelpemiddel: Kalkulator og formelark. Oppgave 1 Gitt matrisene.

AST1010 En kosmisk reise

Kortfattet løsningsforslag for FYS juni 2007

Kap Newtons lover. Newtons 3.lov. Kraft og motkraft. kap 4+5 <file> Hvor er luftmotstanden F f størst?

EKSAMEN RF3100 Matematikk og fysikk

FYS1120 Elektromagnetisme, Ukesoppgavesett 1

TFY4106 Fysikk. Institutt for fysikk, NTNU. Test 1.

Elektrisk og Magnetisk felt

10 6 (for λ 500 nm); minste størrelse av

Kan vi forutse en pendels bevegelse, før vi har satt den i sving?

Krefter, Newtons lover, dreiemoment

EKSAMEN. EMNE: FYS 119 FAGLÆRER: Margrethe Wold. Klasser: FYS 119 Dato: 09. mai 2017 Eksamenstid: Antall sider (ink.

TRAFIKANTERS VURDERING AV FART OG AVSTAND. Sammenfatning av litteraturstudium

Newtons lover i to og tre dimensjoner

FAG: Fysikk FYS121 LÆRER: Fysikk : Per Henrik Hogstad (fellesdel) Kjetil Hals (linjedel)

Løsningsskisse EKSAMEN i FYSIKK, 30. mai 2006

Oppgaver og fasit til seksjon

Stivt legemers dynamikk

Transkript:

Spesiell relativitetsteori 4.05.04 FYS-MEK 0 4.05.04

Einsteins postlatene. Fysikkens lover er de samme i alle inertialsystemer.. Lyshastigheten er den samme i alle inertialsystemer, og er avhengig av observatørens bevegelse. System S beveger seg relativ til system S med hastighet. Galileo transformasjon: t v v inkonsistent med Einsteins. postlat: FYS-MEK 0 4.05.04

Definisjon av hendelse En hendelse er en begivenhet (noe) som kan lokaliseres i rom og tid dvs. gis koordinater (,y,z,t). Definisjon av samtidighet To hendelser er samtidige dersom de inntreffer ved samme tid i ett og samme system S. S z y Hendelsene samtidig i system S, men ikke samtidig i system S FYS-MEK 0 4.05.04 3

Tidsdilatasjon Et tidsintervall som er målt mellom to hendelser i et referansesystem der posisjonen er identisk for begge hendelser, kalles egentid t 0. En annen observatør som beveger seg med konstant fart relativ til den første måler et tidsintervall: speil kilde t t 0 t 0 tidsdilatsjon: t t 0 FYS-MEK 0 4.05.04 4

http://pingo.pb.de/ aess nmber:78 En klingon kommandant er på vei til Jorden i sitt romskip med høy hastighet. Han ser på en fotballkamp på Ullevål stadion gjennom et sterk teleskop. Etter sin klokke faller et mål etter 0 mintter. Hvor lenge tar det før målet faller hvis d tar tiden fra tribnen? A. mer enn 0 mintter B. nøyaktig 0 mintter C. mindre enn 0 mintter Hendelse : kampen begynner Hendelse : målet faller Vi måler egentid Δt 0 i system «Jorden» hvor begge hendelser skjer på samme sted. Klingon kommandant måler Δt = γδt 0 > Δt 0 i system «romskip». FYS-MEK 0 4.05.04 5

Hvordan kan vi måle en lengde? Det er enkelt hvis objektet er i ro: Vi bestemmer posisjon til begge endene, og det spiller ingen rolle når vi gjøre det. Hva hvis vi vil måle lengden til en bil som kjører? Vi kan bestemme posisjonen til begge endene, men vi må gjøre de samtidig. Problem: to hendelser som er samtidig i ett referansesystem er ikke samtidig i et annet. FYS-MEK 0 4.05.04 6

Tankeeksperiment kilde speil En lyskilde er festet på venstre enden av en linjal og et speil på høyre enden. Linjalen er i ro i system S og har lengden l 0. Lyset går til speilet og tilbake i tidsintervall t 0 (egentid). l 0 t0 I system S beveger linjalen seg med fart og en observatør måler lengden l. l t Lyset går til speilet i tidsintervallet t og dekker avstanden d Lyset beveger seg med hastighet : d t t t l t l (det betyr ikke at lyset beveger seg med hastighet ) FYS-MEK 0 4.05.04 7

Lyset går tilbake i tidsintervallet t og dekker avstanden: d l t t t l tiden lyset brker for å gå frem og tilbake: t t t l l l( ) l( ) l l tidsdilatasjon: t t 0 l 0 l lengdekontraksjon: l l 0 En lengde som måles i et koordinatsystem hvor legemet er i ro kalles egenlengde. Lengden vi måler i et koordinatsystem som beveger seg relativ til legemet er kortere: lengdekontraksjon. FYS-MEK 0 4.05.04 8

det er ingen lengdekontraksjon vinkelrett på bevegelsesretningen FYS-MEK 0 4.05.04 9

http://pingo.pb.de/ aess nmber:78 Et romskip flyr forbi jorden med v = 0.99. En person i romskipet måler at romskipet er 400 m lang. Hvilken lengde måler en observatør på jorden? A. 56.4 m B. 400 m C..84 km l 0 = 400 m er egenlengden til romskipet En observatør på jorden beveger seg med hastighet v = 0.99 relativ til romskipet. lengdekontraksjon: l 0 l 7. l 400 m 7. 56.4 m FYS-MEK 0 4.05.04 0

http://pingo.pb.de/ aess nmber:78 To observatører O og O sitter i avstand 56.4 m på jorden. Hvilken avstand vil mannskapet måle fra et romskip som beveger seg med v = 0.99 relativ til jorden? A. 7.96 m B. 56.4 m C. 400 m I system jorden er observatørene i ro. Avstand mellom de to målt på jorden er egenlengden: l 56.4 0 m Romskipet beveger seg med hastighet v = 0.99 relativ til jorden: 7. lengdekontraksjon: l l 56.4 m 7. 0 7.96 m FYS-MEK 0 4.05.04

Eksempel: myon I systemet hvor myonet er i ro er levetid t 0 =. s (egentid) I laboratoriesystemet er levetid lenger på grnn av tidsdilatasjon: for v = 0.99 har vi fnnet: t t 0 5.6 μs Sett fra jorden beveger myonet seg en strekning: l0 t 4630 m Det er egenlengden siden jeg som observatør måle strekningen i ro. I myonets system beveger jorden seg, og myonet ser strekningen kontrahert: l l 0 653 m Det tilsvarer lengden myonet beveger seg i sin egentid: l t 0 FYS-MEK 0 4.05.04

v 0 v 0. 8 v 0. 95 v 0. 99 FYS-MEK 0 4.05.04 3

Lorentz transformasjon relasjon mellom (,y,z,t) i system S og (,y,z,t ) i system S, som beveger seg med hastighet relativ til S. posisjon av O i system S ved tid t er t er egenlengde i S, men den er kontrahert i S: t / t transformasjon fra S til S er den samme som fra S til S bare med motsatt fortegn for relativhastigheten : t ( t) t = t + t = t = t ( ) ( t) = γ t FYS-MEK 0 4.05.04 4

FYS-MEK 0 4.05.04 5 Lorentz transformasjon ( t) t t y y z z transformasjon tilbake: omvendt fortegn for og bytte S og S ) ( t t t y y z z

FYS-MEK 0 4.05.04 6 lengdekontraksjon ) ( ) ( t t L ) ( ) ( t t et legeme i ro i system S har egenlengde: L legemet beveger seg i system S hvis vi vil finne lengden i system S må vi måle posisjonene og samtidig (t = t ) L ) ( L L tidsdilatasjon egentid: vi maler et tidsintervall t på samme sted: ) ( ) ( t t t t t ) ( ) ( t t t

Lorentz transformasjon for hastighet et partikkel beveger seg i system S med hastighet og i system S med hastighet v d dt d ( d dt) v Lorentz transformasjon: dt ( dt d ) d dt v = d dt = d dt dt d = d dt d dt = v v hvis << : v v Galileo transformasjon hvis: v v = = = Einsteins. postlat FYS-MEK 0 4.05.04 7

Minkowski diagrammer to romskip passerer hverandre system S hvor romskip er i ro stigning gir hastighet til romskip v s t system S hvor romskip er i ro stigning gir hastighet til romskip v s t FYS-MEK 0 4.05.04 8

Minkowski diagrammer lys verdenslinje vi tegner begge systemer i ett diagram: jo fortere S beveger seg relativ til S, jo mindre er vinkelen for S. Objekter beveger seg langs verdenslinjer gjennom tiden. to hendelser som er samtidig i romskip to hendelser som er samtidig i romskip FYS-MEK 0 4.05.04 9

Minkowski diagrammer warp drive? tan / t v hvis et romskip knne bevege seg med v > : hendelse før hendelse i system S hendelse før hendelse i system S FYS-MEK 0 4.05.04 0

http://pingo.pb.de/ aess nmber:78 Lke er astronat og tar en tr til planeten Dagobah og tilbake. Hans tvillingsøster Leia forblir hvor hn er. Pga. hans høy hastighet går tiden saktere for Lke (tidsdilatasjon) og han er yngre enn Leia når han kommer tilbake. Sett fra Lkes synspnkt i romskipet beveger Leia seg med høy hastighet, så tiden går saktere for Leia og Lke er eldre når han kommer tilbake. Når Lke kommer tilbake:. er Lke yngre enn Leia. er begge like gammelt 3. er Lke eldre enn Leia 4. dette er et paradoks og det finnes ingen svar FYS-MEK 0 4.05.04

Tvillingparadokset Leia forbli it et inertialsystem, men Lke trenger en akselerasjon for å sn retningen og retrnere til jorden. På veien tilbake befinner Lke seg i et annet inertialsystem. Horisontale linjer tilsvarer hendelser som Leia oppfatter som samtidig. På veien bort oppfatter Lke hendelser på de grønne linjene som samtidig, mens på veien tilbake oppfatter Lke hendelser på de blå linjene som samtidig. Det er en periode i Leias liv som Lke aldri oppfatter som samtidig. Lke oppfatter at Leia eldes meget rask mens han sn retningen. Leia ser at Lke beveger seg hele tiden, og tiden går alltid saktere for Lke. Lke er yngre enn Leia nor han kommer tilbake til jorden. FYS-MEK 0 4.05.04