Erlatibitatearen teoria berezia: arazoak eta irtenbideak
1. 60 m-ko luzera duen objektu bat 0.6 c-ko abiaduran mugitzen da (c = argiaren abiadura). Behatzaile geldi baten arabera, zein da objektuaren luzera?
Ezaguna:
Luzera egokia (L o ) = 60 metro
Objektuaren abiadura (v) = 0.6 c
Bilatzen dena: Luzera-uzkurdura (L)
c = argiaren abiadura
L o = luzera egokia
L = luzera-uzkurdura
Luzera-uzkurdura (L):
2. Behatzaile geldikor batek 12 segundoz behatutako gertaera . Zein da gertaeraren denbora-tartea, 0.8 c-ko abiaduran mugitzen den behatzaile baten arabera (c = argiaren abiadura).
Ezaguna:
Gertaeraren denbora-tartea behatzaile geldikor baten arabera (t s ) = 12 segundo
Behatzailearen abiadura (v) = 0.8 c
Bilatzen dena: Gertaeraren denbora-tartea 0.8 c-ko abiaduran mugitzen den behatzaile baten arabera (t m )
irtenbidea:
Denboraren dilatazioaren ekuazioa:
t s = behatzaile geldikor baten araberako denbora-tartea
t m = behatzaile mugikor baten araberako denbora-tartea
Behatzaile mugikor baten araberako denbora-tartea (t m ):
Erlatibitatearen teoria bereziari buruzko 20 galdera eta erantzun kontzeptual:
1. Galdera: Zein oinarrizko postulatu daude erlatibitatearen teoria bereziaren oinarrian?
Erantzuna: Bi postulatuak hauek dira: (1) Fisikaren legeak berdinak dira erreferentzia-sistema inertzial guztietan, eta (2) Argiaren abiadura hutsean konstantea da eta iturriaren edo behatzailearen mugimenduarekiko independentea.
2. Galdera: Nola gertatzen da denboraren dilatazioa erlatibitatearen teoria bereziaren arabera?
Erantzuna: Denboraren dilatazioak mugimenduan dagoen behatzaile batentzat denbora geldirik dagoen batentzat baino motelago mugitzen den fenomenoa adierazten du, Δt' = Δt/√(1 – v²/c²) erlazioaren bidez emana, non v abiadura erlatiboa den eta c argiaren abiadura.
3. Galdera: Zein da uzkurduraren iraupena?
Erantzuna: Luzera-uzkurdurak iradokitzen du objektu bat bere mugimendu-norabidean laburragoa dela behatzaile geldi baten ikuspuntutik, geldirik dagoenean duen luzera egokiarekin alderatuta.
4. Galdera: Nola eragiten dio erlatibitatearen teoria bereziak aldiberekotasunaren kontzeptuari?
Erantzuna: Behatzaile bati aldiberekoak iruditzen zaizkion gertaerak agian ez dira aldiberekoak abiadura desberdinean mugitzen den beste behatzaile bati. Beraz, aldiberekotasuna erlatiboa da.
5. Galdera: Zer esan nahi du “masa erlatibista” terminoak?
Erantzuna: Masa erlatibistak objektu baten masa eraginkorraren handitzea adierazten du, bere abiadura argiaren abiadurara hurbiltzen den heinean. m = m₀/√(1 – v²/c²) bidez ematen da, non m₀ geldirik dagoen masa den.
6. Galdera: Nola erlazionatzen ditu erlatibitatearen teoria bereziak energia eta masa?
Erantzuna: Erlazioa E = mc²-k ematen du, eta horrek adierazten du energia (E) eta masa (m) baliokideak direla eta elkar bihur daitezkeela.
7. Galdera: Zein da argiaren abiaduraren (c) garrantzia teorian?
Erantzuna: Erlatibitatearen teoria berezian, argiaren abiadura informazioak edo materiak bidaiatu dezakeen abiadura maximoa da, eta konstante mantentzen da inertzia-sistema guztietan.
8. Galdera: Zergatik da ezinezkoa masa duten objektuek argiaren abiadura lortzea edo gainditzea?
Erantzuna: Objektu baten abiadura argiaren abiadurara hurbiltzen den heinean, bere masa erlatibista handitzen da, eta energia infinitua behar da argiaren abiadurara azeleratzeko.
9. Galdera: Nola funtzionatzen du abiaduraren batuketak erlatibitate berezian?
Erantzuna: Mekanika klasikoa ez bezala, abiadurak ez dira zuzenean batzen. u objektu baten abiadura bada v abiadurarekin mugitzen den sistema batean behatuta, orduan, behatzaile geldikor baten arabera, u' = (u + v) / (1 + uv/c²) da.
10. Galdera: Zer da Lorentz transformazioa?
Erantzuna: Lorentz transformazioak inertzia-sistema bateko gertaera baten espazio- eta denbora-koordenatuak lehenengoarekiko abiadura konstantean mugitzen den beste batekoekin erlazionatzen dituzten formula matematikoak dira.
11. Galdera: Nola eragiten dio erlatibitate bereziak momentuaren kontserbazioari?
Erantzuna: Momentua kontserbatzen da, baina momentuaren definizioa erlatibista bihurtzen da, masa erlatibistaren handitzearen faktorea barne: p = mv/√(1 – v²/c²).
12. Galdera: Erlatibitatearen teoria berezia bateragarria al da mekanika newtondarrarekin?
Erantzuna: Bai, argiaren abiadura baino askoz txikiagoko abiaduretarako, erlatibitate bereziaren iragarpenak mekanika newtondarrarenekin bat datoz.
13. Galdera: Zein da denboraren dilatazioak zahartzean duen eragina?
Erantzuna: Abiadura erlatibistan bidaiatzen duen pertsona bat geldirik dagoen norbait baino motelago zahartuko litzateke. Hau da “bikien paradoxa”, non biki batek ia argiaren abiaduran bidaiatzen duen eta atzean geratu den bikia baino gazteago itzultzen den.
14. Galdera: Nola birdefinitzen du erlatibitate bereziak energia?
Erantzuna: Energia osoa objektu baten geldiuneko energiaren (mc²) eta bere energia zinetikoaren batura da. Geldiunean ere, objektu batek bere masaren bidez du energia.
15. Galdera: Erlatibitate bereziaren arabera, ezerk argia baino azkarrago bidaiatu al dezake?
Erantzuna: Ez, argiaren abiadura da abiadura muga unibertsala. Takioiak, argia baino azkarrago bidaiatzen duten partikula hipotetikoak, ez datoz bat teoriarekin.
16. Galdera: Nola eragiten dio masak abiadura erlatibistetan?
Erantzuna: Objektu baten abiadura argiaren abiadurara hurbiltzen den heinean, bere masa erlatibista mugarik gabe handitzen da, gero eta energia gehiago behar duelarik azelerazio gehiago lortzeko.
17. Galdera: Zer nolako zeregina du kausalitatearen printzipioak erlatibitate berezian?
Erantzuna: Kausalitatearen printzipioa, non kausak efektua baino lehenagokoa den, erlatibitate berezian mantentzen da, eta horregatik da funtsezkoa argiaren abiaduraren muga.
18. Galdera: Zer da espazio-denbora?
Erantzuna: Espazio-denborak espazioaren hiru dimentsioak denboraren laugarren dimentsioarekin konbinatzen ditu lau dimentsioko jarraitutasun batean, eta hori ezinbestekoa da erlatibitatearen esparrurako.
19. Galdera: Nola ikusten ditu erlatibitate bereziak espazio eta denbora absolutuak?
Erantzuna: Erlatibitate bereziak espazio eta denbora absolutuaren existentzia ukatzen du. Biak erlatiboak dira eta norberaren mugimendu-egoeraren arabera alda daitezke.
20. Galdera: Zer da «erreferentzia-sistema inertziala»?
Erantzuna: Erreferentzia-sistema inertziala objektuak geldirik dauden edo abiadura konstantean mugitzen diren sistema da, kanpoko indar batek eragiten ez badie behintzat. Newtonen mugimenduaren lehen legea betetzen den sistema da.
Albert Einsteinek aurkeztutako erlatibitatearen teoria bereziak espazioaren, denboraren, energiaren eta materiaren ulermena eraldatu zuen. Bere ondorioak fisika modernoaren arlo askotara hedatzen dira eta esperimentalki egiaztatu dira.
