Поезд эйнштейна


Перед нами очень длинная железная дорога, по которой движется поезд Эйнштейна. На расстоянии 864 000 000 километров друг от друга находятся две станции. При скорости 240 000 километров в секунду поезду Эйнштейна понадобится час, чтобы пройти это расстояние.

На обеих станциях имеются часы. На первой станции в вагон садится путешественник и перед отходом поезда проверяет свои часы по станционным. По приезде на другую станцию он с удивлением замечает, что его часы отстали. В мастерской путешественника заверили, что его часы в полном порядке.

В чем же дело?

Чтобы разобраться в этом, представим, что пассажир направляет к потолку луч света из фонарика, поставленного на пол вагона. На потолке расположено зеркало, от которого луч света отражается обратно к лампочке фонарика. Путь луча, каким его видит пассажир в вагоне, изображен в верхней части рисунка на стр. 51. Совсем иначе выглядит этот путь для наблюдателя, находящегося на платформе. За то время, что луч света пройдет от лампочки до зеркала, само зеркало вследствие движения поезда переместится. Пока луч будет возвращаться, лампочка переместится еще на такое же расстояние.


Мы видим, что для наблюдателей на платформе свет прошел явно большее расстояние, чем для наблюдателей в поезде. С другой стороны, мы знаем, что скорость света есть абсолютная скорость, она одинакова и для едущих в поезде, и для тех, кто стоит на платформе. Это заставляет нас сделать вывод: на станции между отправлением и возвращением луча света прошло больше времени, чем в поезде!

Нетрудно вычислить отношение времен.

Предположим, наблюдатель на платформе установил, что между отправлением и возвращением луча света прошло 10 секунд. За эти 10 секунд свет пробежал 300 000 X 10 = 3 000 000 километров. Отсюда следует, что стороны АВ и ВС равнобедренного треугольника ABC составляют каждая 1 500 000 километров. Сторона АС равна, очевидно, пути, пройденному поездом за 10 секунд, то есть 240 000 X 10 = 2 400 000 километров.

Теперь легко определить высоту вагона, которая будет высотой BD треугольника ABC.

В прямоугольном треугольнике квадрат гипотенузы (АВ) равен сумме квадратов катетов (AD и BD). Из равенства: AB2 = AD2 + BD2 получаем, что высота вагона километров. Высота весьма солидная, что, впрочем, не удивительно при астрономических размерах поезда Эйнштейна.

Путь, пройденный лучом от пола до потолка вагона и обратно, с точки зрения пассажира, равен, очевидно, удвоенной высоте, то есть 2 X 900 000 = 1 800 000 километров. Для прохождения этого пути свету понадобится 1 800 000 / 300 000 = 6 секунд.

Следующая глава >

Источник: fis.wikireading.ru

Главные принципы теории относительности


Первое, что нужно понять для освоения теории относительности: движение относительно.

Это значит, что наличие или отсутствие движения всегда определяется относительно других объектов. Движение и его скорость зависят от наблюдателя (того, кто смотрит на объект) и системы отсчёта (того, откуда он смотрит).

Представьте, что пассажир едет в поезде и читает книгу. Для него книга неподвижна, как неподвижны и кресла в поезде, и другие пассажиры (если они сидят на своих местах, а не пробираются к вагону-ресторану, конечно). Скорость всех неподвижных объектов в поезде, с точки зрения нашего пассажира-читателя, будет равна нулю.

В это время на платформе стоит другой человек, мимо которого со свистом пролетает поезд. Для него и пассажир с книгой, и кресла движутся со скоростью поезда — допустим, 200 км/ч. А вот пассажиры на пути в вагон-ресторан, расположенный в голове состава, будут двигаться ещё быстрее: их скорость сложится со скоростью поезда.

Так происходит при любом сложении скоростей, но есть одно исключение: скорость света. Свет от прожектора на носу нашего поезда будет двигаться всегда с одинаковой скоростью — 300 000 км/с.

Здесь мы вплотную подошли к базовым принципам, на которых строится теория относительности:


  • Принцип относительности: для тех тел, которые относительно друг друга движутся на постоянной скорости или неподвижны (как пассажир и его книга), физические процессы протекают одинаково.
  • Принцип постоянства скорости света: скорость света постоянна для всех наблюдателей, независимо от их скорости по отношению к источнику света. То есть свет от фонаря на носу поезда или свет от прожектора на космическом корабле имеют одинаковую скорость.

Свет движется так быстро, что его распространение кажется нам мгновенным. Но на космических расстояниях всё выглядит совсем по-другому. К примеру, расстояние от Солнца до Земли, составляющее 150 миллионов километров, свет проходит примерно за 8 минут. А значит, что если Солнце когда-нибудь потухнет, то мы увидим это только через 8 минут.

Следствия теории относительности

Что же следует из описанных выше принципов и как они связаны со временем и пространством? Теория относительности имеет три основных следствия: пространство расширяется, время сжимается, масса увеличивается. Разберёмся с каждым по порядку.

Время сжимается

Эйнштейн первым понял, что время не абсолютно и зависит от системы отсчёта, в которой мы его наблюдаем. Земля и далёкая галактика на другом конце Вселенной находятся в разных точках не только пространства, но и времени.


Относительно движущихся объектов время идёт медленнее. Этот факт был проверен Around-the-World Atomic Clocks: Predicted Relativistic Time Gains с использованием двух одинаковых атомных часов: один прибор оставили на Земле, а другой отправили на сверхзвуковом самолёте вокруг планеты. При посадке было отмечено, что часы, которые летали, на несколько тысячных секунды отстают от часов в состоянии покоя.

Чем ближе скорость объекта становится к скорости света, тем медленнее для него течёт время. В теории, если астронавт отправится в путешествие на космическом корабле со скоростью, близкой к скорости света, он попадёт в будущее. Для него пройдёт несколько недель, а на Земле — несколько десятилетий. Это и есть относительность времени.

Пространство сжимается

Ещё одно удивительное следствие относительности: когда мы видим объект в движении, то можем наблюдать, что он становится всё более коротким с увеличением его скорости. С точки зрения наблюдателя, при приближении к скорости света объект становится всё короче и короче по направлению движения, а перпендикулярно ему остаётся в прежних размерах.

Допустим, мы сажаем астронавта в космический корабль, который может двигаться со скоростью света, а сами отправляемся в уютную обсерваторию наблюдать за его путешествием. По мере приближения к скорости света с кораблём начнёт происходить что-то странное. Мы заметим, что он становится всё короче. Но изменения происходят только в отношении направления движения, ширина корабля остаётся постоянной. Достигнув скорости света, он станет практически неразличим в длину.


Наверное, нашему астронавту сейчас не очень весело? Не беспокойтесь за него: для астронавта никаких изменений не происходит. Он всё так же радостно несётся навстречу космическим просторам и ничего не замечает. Пространство сжимается только относительно наблюдателя.

Масса увеличивается

Ещё одним поразительным следствием относительности является то, что по мере увеличения скорости объекта его масса тоже увеличивается.

Масса и энергия неразрывно связаны. Именно это выразил Эйнштейн в знаменитом уравнении E = mc². Эта формула показывает, что энергия тела пропорциональна его массе. При передаче телу энергии (то есть его ускорении) увеличивается и масса. Выходит, что часть энергии идёт на увеличение скорости, а другая часть увеличивает массу.

Вспомним о нашем астронавте, который приближается к скорости света в своём корабле. Наблюдая с Земли, мы видим, что по мере увеличения скорости корабля становится всё труднее ускорить его, то есть всё больше и больше энергии требуется, чтобы его подтолкнуть. Наступает момент, когда корабль достигнет такой массы, что никакая энергия во Вселенной больше не сможет его двигать. Вот поэтому на практике путешествия во времени пока невозможны.


Источник: Lifehacker.ru

Подрабатываю репетитором.

Сколько изучаю физику, столько мечтаю найти такую книгу, которая бы идеально сочетала в себе интересное повествование и объяснение физических явлений. Чтоб она могла заинтересовать даже ребенка, но при этом не опускалась до оленя или не уходила в слишком глубокие и сложные рассуждения. Ииии… нашел даже несколько! Поэтому хочу написать краткую рецензию по тем книгам, что я прочитал во время поиска. Сразу скажу – мнение мое, родное, субъективное.

В конце ссылка на архив с частью книг.

Для ЛЛ: 1,2,3 – читать всем, 6,7 – нормально, 8, 9 – хорошо, 4,5,10 – будет чем разжигать камин.

1) Я.И. Перельман – Занимательная физика.

Две легендарные книги от не менее легендарного автора, максимально близкие к идеалу. Они состоят из мини-рассказов на пол странички, каждый из которых дает качественное решение небольшой физической задаче. Как поставить яйцо, не ломая его? А как вскипятить воду, используя бумажную кастрюлю? А как отрубленная голова могла говорить? Да, все это есть в этих книгах. Яро рекомендую как взрослым, так и детям. 10+/10.

2) Ричард Фейнман – Вы, конечно, шутите, мистер Фейнман!

С первых строчек понятно, что человек, который писал эту книгу, жил. Не прозябал, не сидел в уголке, а именно жил, жил физикой. Как будто разговор с жизнерадостным студентом, для которого физика стала горячо любимой спутницей по жизни. Тут вроде и про жизнь, и про девушек, и про развлечения, но как-то незаметно во все это вкраплена физика. Великолепно! 10+/10


3) М. И. Блудов – Беседы по физике.

Добавить сюда больше задач – получится лучший учебник по физике в истории. Что-то между Перышкиным и Перельманом. Вся книга напоминает мне ответ ученика на уроке – вроде, сплошная физика, однако есть и элемент живого повествования. Но все же это действительно больше учебник, чем книга для захватывающего чтения – здесь есть довольно сложные для начинающего читателя математические выкладки, сложные темы и прочее. Однако для увлеченного хоть на каплю человека подойдет идеально. 10/10.

4) Вольфганг Рёслер – Физика, рассказанная на ночь.

Эта книга – красиво написанная биография невероятно сложной для понимания … науки: физики. Здесь нет ни одной формулы…” – вот что пишут про эту книгу. Я ее прочел и это… зеленая тоска. Вся книга напоминает курсовую работу студента, который понатырил с Википедии текст и огромное количество цитаток, а потом решил еще и разбавить все это своим повествованием. Повествование неимоверно рваное и больше какое-то энциклопедическое, что ли. Просто некий набор информации, есть даже определения терминов, взятые из учебника. Красная цена такому сборнику – 50 рублей за старание, не больше. А еще здесь есть формулы, нас обманывали!

Да и вообще от книги с таким названием ждешь какой-то сказки, а получаешь “Клаузиус говорит о величине, энтропии, которая может только либо увеличиваться, либо оставаться прежней, но никогда не уменьшается”.


Есть ощущение, правда, что книга много потеряла при переводе, но вряд ли даже шикарный перевод что-то изменит. Детям – категорически нет, взрослым на свой страх и риск. Оценка: См.

5) Камиль Фадель — Вы сказали “физика”?

Вот вроде и картинки приятные, и читать интересно, и слог приятный, но на 14 странице писать про кварки, мезоны и глюоны? Вы серьезно? Рассказы из серии “Короче, вот стена, стена состоит из атомов, в каждом атоме есть нейтроны, протоны и электроны, а электроны участвуют в бета-распаде, там еще нарушался ЗСЭ, но Паули открыл нейтрино и все наладилось, вооот…” В общем, не знаю, книга на любителя, причем уже понимающего физику. Да и дороговато опять же. 5/10.

6) Кирилл Домровский – Остров неопытных физиков.

Весьма приятная сказка о приключении четырех мальчишек, делающая фантастические предположения из разряда “А что если б можно было…”. Хороший сюжет, повествование, а связь с физикой хоть и небольшая, но вполне ощутимая. По крайней мере, читатель косвенно узнает о плотности, различных взаимодействиях, законах сохранения. Для маленьких детей подойдет идеально, ребятам постарше же будет скучновато. 8/10.

7) Хельмут Затц – Бог играет невидимыми кубиками. Физика на грани познаваемого.


Вот есть умная книга, а есть книга с умными словами. Как по мне, эта книга относится к разряду первых, но иногда все же соскальзывает в разряд вторых. Но в целом очень понравилось – приятное повествование, плавный заход в историю физики, красота! Подарите эту книгу своему умному племяннику на день рождения, я серьезно.

Но вот редактору минус балл однозначно. “Ну а сейчас давайте поподробнее рассмотрим строение адронов” – это уж для печатного издания перебор. 8/10.

8) Елена Качур – Увлекательная физика.

-Тетенька, тетенька! А напишите нам учебник по физике, только чтоб читать было интересно!

-Да без проблем, мальчик!

Итак, мы наблюдаем самый реалистичный диалог между мужчиной и маленьким мальчиком:

-Дядя Кузя, а кататься (на катке) уже можно?

-Нет, придется подождать пока вода замерзнет на морозе.

-У-у-у, так неинтересно.

-Не согласен. Пока каток застывает мы можем наблюдать за очень интересным физическим явлением! (как застывает вода)

И вот стоят они там с мальчиком, смотрят, как вода застывает, всем весело… Здорово…

Но если убрать мой этот придирчивый взгляд, то для детей книга очень хороша! Картинки, текст приятный, есть мини-задания по выполнению простых опытов. Отдельный плюс за то, что повествование не скатывается в перечисление сложных терминов. Советую, 10/10.

9) Александр Леонович – Физика без формул.


Очень приятная книжечка. Небольшая, интересная, легко читается и в то же время как-то говорит о довольно умных вещах. По минимуму использованы сложные термины и все очень к месту. Очень понравились достаточно толковые примеры – автор хочет именно разъяснить, а не отвязаться от назойливого читателя. Подойдет для начальной и средней школы великолепно. 10/10.

10) Вордерман Кэрол – Как объяснить ребенку науку.

Ээээ… Боюсь, сначала придется объяснить родителю, потому что книга в объяснении не особо помогает. Да и тут столько ляпов… “Физики нашли объяснение тому, почему мы видим различные цвета света. Волны красного цвета длиннее, чем фиолетовые. Все остальные цвета находятся между ними.” – я вот понимаю, что хочет сказать автор, но в этом высказывании ни смысла, ни связности.

Физики считают, что сила притяжения вызвана гравитонами – частицами, которых пока обнаружить не удалось” – мало того, что голову дурят, так еще и текст вычитать не суждено.

В общем, сборник красивых картинок за 1500 р. К такой книге нужно давать в подарок родителя-физика, тогда получится неплохо. 4/10.

Все, хватит пока на этом. Продолжу поиски позже. Может, пора и математику поискать…

Ссылка на архив.

P.S. Периодически спрашивают мэйл – [email protected]

Источник: pikabu.ru


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.