Modernā fizika
Gaismas pulksteņa laika dilatācija
Palielini β — vēro, kā kustīgais gaismas pulkstenis tik lēnāk (Δt = γ Δt₀) un stienis saraujas.
Gaismas pulksteņa laika dilatācija — interaktīva Modernā fizika simulācija. Palielini β — vēro, kā kustīgais gaismas pulkstenis tik lēnāk (Δt = γ Δt₀) un stienis saraujas. Bezmaksas virtuālā fizikas laboratorija pārlūkā ar dzīviem SI mērījumiem un vadītu pamācību.
Laika dilatācija
Palielini β — vēro, kā kustīgais gaismas pulkstenis tik lēnāk (Δt = γ Δt₀) un stienis saraujas.
Gaismas pulkstenis skaita tikskanienus, atstarojot fotonu starp spoguļiem. Kustīgi pulksteņi laboratorijas sistēmā mēra garākus aplenkuma laikus ar reizinātāju γ = 1/√(1−β²). Vienlaicīga garuma sarukšana notur c nemainīgu — speciālās relativitātes domu eksperimentu kodols.
- Δt = γΔt₀
- γ = 1/√(1−β²)
Izpētes kopsavilkums
Izplāno jautājumu, pirms atver laboratoriju
Īss apraksts atspoguļo iepriekšrenderēto lapu: virzošais jautājums, konkurējošās prognozes, mainīgo lielumu lomas, noteicošie likumi, iestatījums, analīze un paplašinājuma jautājumi paliek redzami un šajā secībā.
Virzošais jautājums
„Gaismas pulkstenis” atstaro gaismas impulsu starp diviem spoguļiem, tikskanot vienreiz uz aplenkumu. Ja viss pulkstenis kustas ar lielu ātrumu attiecībā pret tevi, vai tu novēro to tikšķam lēnāk, ātrāk vai tajā pašā tempā kā identisks pulkstenis mierā?
Prognozes, ko svērt
- Lēnāk — kustīga pulksteņa gaismas impulsam jāceļo garāks diagonālais ceļš (no novērotāja sistēmas), tāpēc katrs tikskaniens aizņem ilgāk.
- Ātrāk — kustība paātrina pulksteni.
- Tajā pašā tempā, tā kā gaisma vienmēr ceļo ar c neatkarīgi no pulksteņa kustības.
Lielumu lomas
Ko tu iestati:
- Ātruma daļa β = v/c
Ko tu mēri:
- Lorenca faktors γ
- Dilatētais laiks Δt (µs)
Kā izpēte norit
- Atver gaismas pulksteņa dilatācijas eksperimentu un nospied Atiestatīt. Pulksteņa īstais laiks uz tikskanienu ir fiksēts 1 µs.
- Ieslēdz Lorenca faktora un dilatētā laika rādījumus.
- Iestati pulksteņa ātrumu (kā gaismas ātruma daļa, β = v/c) katram mēģinājumam un ieraksti novēroto dilatēto laiku.
Noteicošais vienādojums
Laika dilatācija — Δt = γ Δt₀
Pulkstenis, kas kustas ar ātrumu v = βc, novērots no miera sistēmas, izskatās ejam lēnāk ar Lorenca faktoru: Δt = γ·Δt_proper, kur γ = 1/√(1 − β²) ≥ 1. Efekts ir niecīgs ikdienas ātrumos, bet dramatisks, β tuvojoties 1.
Ko drukājamā darba lapa liek skolēniem izrēķināt
- Vienam mēģinājumam izrēķini γ = 1/√(1 − β²), tad Δt = γ·Δt_proper ar īsto laiku 1 µs. Salīdzini abus ar tabulu.
- Izskaidro, kāpēc γ paliek tuvu 1 (tikko kāda dilatācija) zemos ātrumos, bet ceļas strauji, β tuvojoties 1 — gaismas pulksteņa diagonālais ceļš kļūst dramatiski garāks tikai tad, kad pulksteņa ātrums kļūst nozīmīga gaismas ātruma daļa.
Kur tas parādās ārpus laboratorijas
- No tā skatupunkta, kas ceļo KOPĀ ar kustīgo pulksteni, tieši savs pulkstenis šķiet normāls — un pulkstenis uz Zemes izskatās ejam lēnāk tā vietā. Izskaidro, kāpēc laika dilatācija izskatās simetriska starp diviem novērotājiem relatīvā kustībā, un kāpēc tas nav pretruna (to atrisina tas, kurš novērotājs patiesībā maina atskaites sistēmas).
- GPS pavadoņi kustas pietiekami ātri, ka speciālās relativitātes laika dilatācija (plus vispārīgās relativitātes efekts no vājākas gravitācijas augstumā) izraisa mērāmu pulksteņu dreifu, kas tiek koriģēts sistēmas dizainā. Kāpēc šī sīkā efekta ignorēšana galu galā izraisītu jēgpilnas GPS pozicionēšanas kļūdas?
- 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
- Sveicināts gaismas pulksteņa dilatācijas eksperimentā
- Atlasīts relativitātes iestatni
- Nospied „Atskaņot”
- Kustīgi pulksteņi iet lēnāk
- Atver Īpašību paneli
- Tev izdevās!
Atver interaktīvo simulāciju, lai uzbūvētu ainu, spiestu „Atskaņot“ un izpētītu to ar dzīviem mērījumiem un vadītu pamācību.
Atvērt interaktīvo laboratoriju →
Speciālā relativitāte: laika dilatācija