Dilatarea timpului: experimentul mental al ceasului luminos

1 · Prezice

Un „ceas luminos” reflectă un puls de lumină între două oglinzi, bătând o dată pe dus-întors. Dacă întregul ceas se mișcă cu viteză mare relativ la tine, îl observi bătând mai încet, mai repede sau cu aceeași rată ca un ceas identic în repaus?

• Mai încet — pulsul de lumină al unui ceas mobil trebuie să parcurgă o cale diagonală mai lungă (din sistemul observatorului), deci fiecare bătaie durează mai mult.
• Mai repede — mișcarea accelerează ceasul.
• Aceeași rată, pentru că lumina călătorește mereu cu c, indiferent de mișcarea ceasului.

2 · Montaj

1. Deschide presetarea light-clock-dilation și apasă Resetează. Timpul propriu per bătaie al ceasului este fix la 1 µs.
2. Activează citirile factorului Lorentz și timpului dilatat.
3. Setează viteza ceasului (ca fracțiune din viteza luminii, β = v/c) pentru fiecare încercare și înregistrează timpul dilatat observat.

3 · Colectează date

Plotează timpul dilatat Δt (axa y) în funcție de β (axa x) pentru cele trei încercări. Crește curba blând la început, apoi abrupt?

4 · Analizează

1. Pentru o încercare, calculează γ = 1/√(1 − β²), apoi Δt = γ·Δt_proper folosind timpul propriu de 1 µs. Compară ambele cu tabelul.
2. Explică de ce γ rămâne aproape de 1 (abia dilatare) la viteze joase, dar urcă abrupt pe măsură ce β se apropie de 1 — calea diagonală a ceasului luminos devine dramatic mai lungă doar după ce viteza ceasului devine o fracțiune semnificativă din viteza luminii.

5 · Extinde

1. Din perspectiva cuiva care călătorește ÎMPREUNĂ cu ceasul mobil, ceasul lui propriu pare normal — iar un ceas de pe Pământ pare să meargă încet în schimb. Explică de ce dilatarea timpului apare simetric între doi observatori în mișcare relativă și de ce asta nu este o contradicție (este rezolvată de care observator își schimbă efectiv sistemul de referință).
2. Sateliții GPS se mișcă suficient de repede încât dilatarea relativist-restânsă a timpului (plus un efect relativist-general din gravitația mai slabă de la altitudine) cauzează o derivă măsurabilă a ceasurilor, corectată în designul sistemului. De ce ar cauza ignorarea acestui efect minuscul, în final, erori semnificative de poziționare GPS?

Fizica din spatele acestui experiment

← Înapoi la experiment

138 de fișe de laborator de fizică tipăribile gratuit