நேர விரிவாக்கம்: ஒளி-கடிகார கற்பனை சோதனை

1 · கணிப்பு

ஒரு 'ஒளி கடிகாரம்', இரண்டு கண்ணாடிகளுக்கு இடையே ஒளிப் புள்ளியை துடிக்கச் செய்கிறது, சுற்றுப்பயணத்திற்கு ஒரு முறை டிக் செய்கிறது. முழு கடிகாரமும் உங்களுடன் சார்பாக உயர் வேகத்தில் நகர்ந்தால், நீங்கள் அது ஒரே மாதிரியான ஓய்வில் உள்ள கடிகாரத்தை விட மெதுவாகவா, வேகமாகவா, அல்லது அதே வீதத்திலவா டிக் செய்வதாக கவனிப்பீர்கள்?

• மெதுவாக — நகரும் கடிகாரத்தின் ஒளிப் புள்ளி, (பார்வையாளரின் சட்டத்திலிருந்து) நீளமான சதுர பாதையைப் பயணிக்க வேண்டும், எனவே ஒவ்வொரு டிக்கும் அதிக நேரம் எடுக்கும்.
• வேகமாக — இயக்கம் கடிகாரத்தை வேகப்படுத்துகிறது.
• அதே வீதம், கடிகாரத்தின் இயக்கம் எதுவாக இருந்தாலும் ஒளி எப்போதும் c வேகத்தில் பயணிக்கிறது.

2 · அமைப்பு

1. light-clock-dilation முன்னமைப்பைத் திறந்து மீட்டமையை அழுத்துங்கள். கடிகாரத்தின் ஒவ்வொரு டிக்கும் உள்ள முறையான நேரம் 1 µs நிலையானது.
2. லாரன்ஸ் காரணி மற்றும் விரிவாக்கப்பட்ட-நேர வாசிப்புகளை இயக்குங்கள்.
3. ஒவ்வொரு முயற்சிக்கும் கடிகாரத்தின் வேகத்தை (ஒளி வேகத்தின் பங்காக, β = v/c) அமைத்து, கவனிக்கப்பட்ட விரிவாக்கப்பட்ட நேரத்தைப் பதிவு செய்யுங்கள்.

3 · தரவு சேகரி

உங்கள் மூன்று முயற்சிகளுக்கும், β (x-அச்சு) எதிராக விரிவாக்கப்பட்ட நேரம் Δt (y-அச்சு)-ஐ வரையுங்கள். வளைகோடு முதலில் மெதுவாக உயர்ந்து, பின்னர் செங்குத்தாக உயர்கிறதா?

4 · பகுப்பாய்வு

1. ஒரு முயற்சிக்கு, γ = 1/√(1 − β²) கணக்கிட்டு, பின்னர் முறையான நேரம் 1 µs பயன்படுத்தி Δt = γ·Δt_proper கணக்கிடுங்கள். இரண்டையும் அட்டவணையுடன் ஒப்பிடுங்கள்.
2. குறைந்த வேகங்களில் γ ஏன் 1-க்கு அருகில் (கிட்டத்தட்ட எந்த விரிவாக்கமும் இல்லை) இருக்கிறது, ஆனால் β 1-ஐ அணுகும்போது கூர்மையாக உயர்கிறது — ஒளி-கடிகாரத்தின் சதுர பாதை, கடிகாரத்தின் வேகம் ஒளி வேகத்தின் குறிப்பிடத்தக்க பங்காக மாறும்போது மட்டுமே வியத்தகு அளவு நீளமாகிறது — என்று விளக்குங்கள்.

5 · நீட்டிப்பு

1. நகரும் கடிகாரத்துடன் பயணிக்கும் ஒருவரின் பார்வையில், அவர்களின் சொந்த கடிகாரமே சாதாரணமாகத் தெரிகிறது — பூமியில் உள்ள ஒரு கடிகாரம் மெதுவாக இயங்குவதாகத் தெரிகிறது. சார்பு இயக்கத்தில் உள்ள இரண்டு பார்வையாளர்களுக்கு இடையே நேர விரிவாக்கம் ஏன் சமச்சீராகத் தோன்றுகிறது, மற்றும் இது ஒரு முரண்பாடு அல்ல — இரண்டு செயலற்ற பார்வையாளர்களும் சமமாக சரியானவர்கள், ஏனெனில் அவர்கள் எந்த தூரத்து நிகழ்வுகள் ஒரே நேரத்தில் நடக்கின்றன என்பதில் ஒத்துக்கொள்வதில்லை (ஒரே நேரத்தின் சார்பியல்), எனவே இருவரும் சீரான இயக்கத்தில் இருக்கும்போது 'யார் உண்மையில் மெதுவாக' என்று வாதிட எதுவும் இல்லை — என்று விளக்குங்கள்.
2. GPS செயற்கைக்கோள்கள், சிறப்பு-சார்பியல் நேர விரிவாக்கம் (பிளஸ் உயரத்தில் பலவீனமான ஈர்ப்பிலிருந்து ஒரு பொது-சார்பியல் விளைவு) அளக்கக்கூடிய கடிகார இழப்பை ஏற்படுத்தும் அளவுக்கு வேகமாக நகர்கின்றன, இது அமைப்பின் வடிவமைப்பில் சரிசெய்யப்படுகிறது. இந்த சிறிய விளைவை புறக்கணிப்பது, இறுதியில் ஏன் அர்த்தமுள்ள GPS இடம் கண்டறிதல் தவறுகளை உருவாக்கும்?

இந்த சோதனையின் பின்னணி இயற்பியல்

← சோதனைக்குத் திரும்பு

138 இலவச அச்சிடக்கூடிய இயற்பியல் ஆய்வகப் பணித்தாள்கள்