Ceisteanna Samplacha ag Plé Chéad agus Dara Postuláit Einstein
Thug Albert Einstein, duine de na daoine ba mhó tionchar sa bhfisic, dhá phostal ríthábhachtacha isteach ina theoiric speisialta coibhneasachta, ar a dtugtar chéad agus dara postal Einstein. Chuir na postaláidí seo dúshlán tuiscintí traidisiúnta ar spás agus am agus réitigh siad an bealach do fhionnachtana réabhlóideacha sa fhisic. San alt seo, déanfaimid iniúchadh níos doimhne ar an dá phostaláid seo agus cuirfimid roinnt samplaí ar fáil chun cabhrú linn na coincheapa gaolmhara a thuiscint.
Céad Phoist Einstein
Deir chéad phostal Einstein, ar a dtugtar prionsabal na coibhneasachta freisin, go bhfuil dlíthe na fisice mar an gcéanna i ngach fráma tagartha táimhe. Is é sin le rá, níl aon fhráma tagartha táimhe níos fearr ná ceann eile, agus ní mór do gach breathnóireacht fhisiceach fanacht comhsheasmhach ó fhráma tagartha táimhe amháin go ceann eile. Is coincheap lárnach é seo a léiríonn nach mbíonn tionchar ag gluaiseacht choibhneasta idir breathnóirí ar dhlíthe bunúsacha an nádúir.
Ceisteanna Samplacha agus Plé
Ceist 1: Tá dhá thraein, A agus B, ag gluaiseacht ag luasanna tairiseacha de \(v_A = 30 m/s\) agus \(v_B = 40 m/s\) faoi seach sa treo céanna. Caitheann paisinéir i dtraein A liathróid le luas \(u = 20 m/s\) i dtreo tosaigh an traenach (i dtreo ghluaiseacht an traenach). Ríomh luas na liathróide de réir an phaisinéara atá ina sheasamh ag an stáisiún.
Plé:
Chun luas na liathróide a chinneadh de réir an bhreathnóra ag an stáisiún, ní mór dúinn luas coibhneasta na liathróide a chur le luas traenach A. Ós rud é go bhfuil an ghluaiseacht go léir in aon toise amháin, is féidir linn suimiú veicteoir simplí a úsáid:
\[
v_{\text{liathróid, stáisiún}} = v_A + u = 30 \, m/s + 20 \, m/s = 50 \, m/s
\]
Mar sin, is é luas na liathróide de réir an bhreathnóra ag an stáisiún ná 50 m/s.
Ceist 2: Tá spásaire istigh i spásárthach ag gluaiseacht ar luas tairiseach. Má chasann an spásaire solas air, an bhfeicfidh breathnóir lasmuigh den spásárthach luas solais difriúil ná mar a fheicfidh an spásaire istigh sa spásárthach?
Plé:
De réir chéad phostail Einstein, bíonn dlíthe na fisice, lena n-áirítear luas an tsolais i bhfolús, mar an gcéanna i ngach fráma tagartha táimhe. Ciallaíonn sé seo go bhfuil luas an tsolais tairiseach agus nach mbraitheann sé ar luas an fhoinse ná ar an mbreathnóir. Dá bhrí sin, breathnóidh spásaire taobh istigh den spásárthach agus breathnóir lasmuigh den spásárthach an luas céanna solais, eadhon (c = 3 × 10^8, m/s).
Dara Postúlach Einstein
Deir an dara postúláid de chuid Einstein, ar a dtugtar prionsabal neamhathraitheachta luas an tsolais freisin, go bhfuil luas an tsolais i bhfolús mar a chéile do gach breathnóir, beag beann ar ghluaiseacht choibhneasta an fhoinse nó an bhreathnóra. Cuireann an postúláid seo dúshlán na tuisceana clasaiceach go gcaithfidh luas an tsolais athrú ag brath ar luas an fhoinse nó an bhreathnóra.
Ceisteanna Samplacha agus Plé
Ceist 3: Astaítear gath solais ó lampa atá ag gluaiseacht ar luas \(v = 0.6c\) i gcoibhneas le breathnóir seasta. Ríomh luas an gha solais de réir an bhreathnóra sheasta.
Plé:
De réir an dara postulate de chuid Einstein, bíonn luas an tsolais i bhfolús tairiseach agus mar a chéile do gach breathnóir, beag beann ar an ngluaiseacht choibhneasta idir an breathnóir agus an fhoinse solais. Dá bhrí sin, is é luas gathanna solais de réir breathnóra seasta ná \(c\), eadhon:
\[
v_{\text{solas}} = c \approx 3 \times 10^8 \, m/s
\]
Ceist 4: Tá dhá spásárthach A agus B ag bogadh i dtreo a chéile le luasanna 0.5c agus 0.7c faoi seach i gcoibhneas le breathnóir ar an Domhan. Cad é luas spásárthach A de réir breathnóra ar spásárthach B?
Plé:
I gcásanna mar seo, ní mór dúinn claochluithe coibhneasta a úsáid chun an luas coibhneasta idir dhá réad atá ag gluaiseacht gar do luas an tsolais a chinneadh. Is é seo foirmle an luas choibhneasta do dhá réad atá ag druidim le chéile:
\[
u' = \frac{u + v}{1 + \frac{uv}{c^2}}
\]
Áit a seasann \(u = 0.5c\) do luas na loinge A i gcoibhneas leis an Domhan agus \(v = 0.7c\) do luas na loinge B i gcoibhneas leis an Domhan. Ós rud é go bhfuil siad ag druidim linn, cuirimid na luachanna seo isteach sa fhoirmle:
\[
u' = \frac{0.5c + 0.7c}{1 + \frac{(0.5c)(0.7c)}{c^2}} = \frac{1.2c}{1 + 0.35} = \frac{1.2c}{1.35} \approx 0.89c
\]
Mar sin, is é luas eitleáin A de réir breathnóra ar eitleán B ná \(0.89c\).
Conclúid
Tugann chéad agus dara postúláid Einstein léargais bhunúsacha a chuireann bunús le teoiric speisialta na coibhneasachta. Déanann an chéad phostúláid soiléir go bhfuil dlíthe na fisice neamhathraitheach i bhfrámaí tagartha táimhe, rud a dheonaíonn comhionannas i measc gach breathnóra táimhe. Idir an dá linn, deir an dara postúláid go bhfuil luas an tsolais tairiseach, beag beann ar ghluaiseacht an fhoinse nó an bhreathnóra, rud a chuireann prionsabal na luasanna coibhneasta sa fhisic chlasaiceach as an áireamh.
Ní hamháin go bhfuil tuiscint ar na coincheapa seo ríthábhachtach chun staidéar teoiriciúil na fisice a dhéanamh ach bíonn tionchar aige freisin ar fheidhmchláir theicneolaíocha nua-aimseartha, amhail córais loingseoireachta GPS, a bhfuil ceartúcháin choibhneasta ag teastáil uathu. Le cleachtaí agus samplaí, is féidir na coincheapa seo a thuiscint agus a chur i bhfeidhm níos éasca i gcomhthéacsanna éagsúla. Tá súil agam gur chabhraigh an t-alt seo le prionsabail bhunúsacha teoiric speisialta coibhneasta Einstein a shoiléiriú.
