현대 물리
광시계 시간 지연
β를 높이세요 — 움직이는 빛시계가 더 느리게 가는 모습(Δt = γ Δt₀)과 막대의 수축을 관찰하세요.
광시계 시간 지연 — 인터랙티브 현대 물리 시뮬레이션. β를 높이세요 — 움직이는 빛시계가 더 느리게 가는 모습(Δt = γ Δt₀)과 막대의 수축을 관찰하세요. 실시간 SI 측정값과 안내형 튜토리얼을 제공하는 무료 브라우저 기반 가상 물리 실험실입니다.
시간 팽창
β를 높이세요 — 움직이는 광시계가 더 느리게 똑딱거리고(Δt = γ Δt₀) 막대가 짧아지는 모습을 관찰하세요.
광시계는 광자를 거울 사이에서 튕겨 시간을 잽니다. 움직이는 시계는 실험실 좌표계에서 γ = 1/√(1−β²) 배만큼 더 긴 왕복 시간을 나타냅니다. 동시에 일어나는 길이 수축은 c를 불변으로 유지합니다 — 특수 상대성이론 사고 실험의 핵심입니다.
- Δt = γΔt₀
- γ = 1/√(1−β²)
조사 개요
랩을 열기 전에 질문을 계획하세요.
이 브리프는 사전 렌더링된 페이지를 반영합니다. 탐구 질문, 서로 다른 예측, 변수의 역할, 지배 법칙, 설정, 분석 및 확장 질문을 이 순서로 계속 표시합니다.
운전 질문
'빛 시계'는 두 거울 사이에 빛 펄스를 반사시켜 왕복당 한 번씩 똑딱거립니다. 전체 시계가 당신에 비해 빠른 속도로 움직인다면, 정지해 있는 동일한 시계와 더 느리게, 더 빠르게, 또는 같은 속도로 똑딱거리는 것을 관찰하십니까?
검토할 예측
- 더 느림 - 움직이는 시계의 광 펄스는 관찰자의 프레임에서 더 긴 대각선 경로를 이동해야 하므로 각 틱이 더 오래 걸립니다.
- 더 빠르게 — 동작이 시계 속도를 높입니다.
- 빛은 시계의 움직임에 관계없이 항상 c로 이동하므로 동일한 속도입니다.
다양한 역할
설정하는 것:
- 속도 비율 β = v/c
측정하는 것:
- 로렌츠 인자 γ
- 확장된 시간 Δt (µs)
실험 진행 방법
- light-clock-dilation 사전 설정을 열고 재설정을 누릅니다. 틱당 시계의 적절한 시간은 1μs로 고정되어 있습니다.
- 로런츠 인자 및 지연된 시간 표시를 활성화하세요.
- 각 시행에 대해 시계 속도(빛 속도의 일부, β = v/c)를 설정하고 관찰된 확장된 시간을 기록합니다.
지배방정식
시간 팽창 — Δt = γ Δt₀
정지된 프레임에서 관찰된 속도 v = βc로 움직이는 시계는 로렌츠 인자 Δt = γ·Δt_proper에 의해 느리게 실행되는 것으로 보입니다. 여기서 γ = 1/√(1 − β²) ≥ 1입니다. 이 효과는 일상적인 속도에서는 무시할 수 있지만 β가 1에 가까워지면 극적입니다.
인쇄용 실험지에서 학생이 계산할 내용
- 한 번의 시행에 대해 γ = 1/√(1 − β²)를 계산한 다음 고유 시간 1 µs를 사용하여 Δt = γ·Δt_proper를 계산합니다. 두 가지를 모두 표와 비교해보세요.
- 낮은 속도에서 γ가 1에 가깝게 유지되지만(팽창은 거의 없음) β가 1에 가까워짐에 따라 급격하게 상승하는 이유를 설명하십시오. light-clock의 대각선 경로는 시계 속도가 광속의 상당한 부분이 된 후에만 극적으로 길어집니다.
실험 밖에서의 활용
- 움직이는 시계를 가지고 여행하는 사람의 관점에서 보면 그것은 자신의 시계가 정상적으로 보이는 반면, 지구상의 시계는 느리게 흐르는 것처럼 보입니다. 시간 팽창이 상대 운동에서 두 관찰자 사이에 대칭으로 나타나는 이유와 이것이 모순이 아닌 이유를 설명하십시오(관찰자가 실제로 참조 프레임을 변경하면 해결됩니다).
- GPS 위성은 특수상대론적 시간 지연(그리고 고도에서의 약한 중력으로 인한 일반상대론적 효과)이 측정 가능한 시계 오차를 일으킬 만큼 빠르게 움직이며, 이는 시스템 설계에서 보정됩니다. 이 미세한 효과를 무시하면 결국 GPS 위치 측정에 의미 있는 오차가 생기는 이유는 무엇일까요?
- AP Physics 2 — Unit 15: Modern Physics
- IB Physics — A.5 Galilean and special relativity
- General High School Physics — Modern physics intro
- NGSS High School Physics — Wave-particle duality of light
- 광시계 팽창에 오신 것을 환영합니다
- 상대론 장치 선택
- 재생을 누르세요
- 움직이는 시계는 느리게 감
- 검사기 열기
- 잘 하셨습니다!
대화형 시뮬레이션을 열어 장면을 빌드하고 재생을 누른 뒤, 실시간 측정 및 가이드 튜토리얼과 함께 탐구해 보세요.