近代物理
光钟时间膨胀
增大 β——观察运动光钟走得更慢 (Δt = γ Δt₀) 且杆缩短。
光钟时间膨胀——交互式近代物理模拟。增大 β——观察运动光钟走得更慢 (Δt = γ Δt₀) 且杆缩短。 免费的基于浏览器的虚拟物理实验室，提供实时 SI 测量和分步引导教程。
时间膨胀
增大 β — 观察运动光钟走得更慢 (Δt = γ Δt₀) 且杆缩短。
光钟通过光子在两面镜子之间来回弹射来计时。在实验室系中，运动时钟的来回时间延长了因子 γ = 1/√(1−β²)。同时发生的长度收缩保持光速 c 不变——这是狭义相对论思想实验的核心。
- 时间膨胀 Δt = γΔt₀
- 洛伦兹因子 γ = 1/√(1−β²)
调查简介
在打开实验室之前计划好问题
这份简介反映预渲染页面：探究问题、相互竞争的预测、变量角色、支配定律、设置以及分析和拓展提示都会按此顺序保持可见。
驾驶问题
“光时钟”在两个镜子之间反射光脉冲，每次往返都会滴答作响。如果整个时钟相对于你以高速移动，你是否观察到它滴答得更慢、更快，或者与静止时的同一时钟相同的速度？
预测权重
- 更慢——移动时钟的光脉冲必须经过更长的对角线路径（从观察者的框架开始），因此每个滴答声需要更长的时间。
- 更快——运动加快了时钟的速度。
- 速率相同，因为无论时钟如何运动，光总是以 c 传播。
可变角色
您设置的内容：
- 速度分数 β = v/c
您测量的内容：
- 洛伦兹因子γ
- 扩张时间Δt (µs)
调查如何进行
- 打开「时间膨胀：光钟思想实验（light-clock-dilation）」预设并按重置。时钟每刻的固有时间固定为 1 µs。
- 启用洛伦兹因子与膨胀时间读数。
- 设置每次试验的时钟速度（作为光速的一部分，β = v/c）并记录观察到的膨胀时间。
控制方程
时间膨胀 — Δt = γ Δt₀
从静止坐标系观察到，以速度 v = βc 移动的时钟，根据洛伦兹因子，其运行速度似乎较慢：Δt = γ·Δt_proper，其中 γ = 1/√(1 − β²) ≥ 1。这种影响在日常速度下可以忽略不计，但当 β 接近 1 时，效果会非常显着。
可打印的工作表要求学生完成什么
- 对于一次试验，使用适当时间 1 µs 计算 γ = 1/√(1 − β²)，然后 Δt = γ·Δt_proper。将两者与表进行比较。
- 解释为什么 γ 在低速下保持接近 1（几乎没有任何膨胀），但当 β 接近 1 时急剧上升 - 一旦时钟速度成为光速的很大一部分，light-clock 的对角线路径只会变得显着更长。
这在实验室之外的地方表现出来
- 从带着移动时钟旅行的人的角度来看，他们自己的时钟看起来很正常，而地球上的时钟却显得走得很慢。解释为什么时间膨胀在相对运动的两个观察者之间看起来是对称的，以及为什么这不是矛盾（它是通过哪个观察者实际改变参考系来解决的）。
- GPS卫星运动得足够快，狭义相对论的时间膨胀效应（再加上高空处较弱重力带来的广义相对论效应）会造成可测量的时钟漂移，系统设计中会对此进行修正。为什么忽略这个微小效应最终会导致明显的GPS定位误差？
- 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
- 欢迎学习光钟时间膨胀
- 选择相对论实验台
- 点击播放
- 运动时钟走得慢
- 打开检查器
- 完成了！
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