ຕົວຢ່າງຂອງຄຳຖາມສົນທະນາກ່ຽວກັບທິດສະດີສຳພັນພາບ

ຕົວຢ່າງຂອງຄຳຖາມສົນທະນາກ່ຽວກັບທິດສະດີສຳພັນພາບ

ທິດສະດີສຳພັນພາບ (relativity) ແມ່ນໜຶ່ງໃນແນວຄວາມຄິດພື້ນຖານທີ່ສຸດໃນຟີຊິກສາດສະໄໝໃໝ່, ເຊິ່ງນຳສະເໜີໂດຍ Albert Einstein ໃນຕົ້ນສະຕະວັດທີ 20. ບົດຄວາມນີ້ຈະປຶກສາຫາລືກ່ຽວກັບທິດສະດີສຳພັນພາບ ແລະ ວິທີການນຳໃຊ້ກັບຊີວິດປະຈຳວັນຜ່ານບັນຫາຕົວຢ່າງ ແລະ ຄຳອະທິບາຍຕ່າງໆ.

ບົດແນະນຳກ່ຽວກັບທິດສະດີສຳພັນພາບ

ທິດສະດີສຳພັນພາບປະກອບດ້ວຍສອງພາກສ່ວນຫຼັກຄື: ທິດສະດີພິເສດຂອງສຳພັນພາບ ແລະ ທິດສະດີທົ່ວໄປຂອງສຳພັນພາບ. ທິດສະດີພິເສດຂອງສຳພັນພາບ, ຈັດພິມໃນປີ 1905, ໄດ້ປະຕິວັດຄວາມເຂົ້າໃຈຂອງພວກເຮົາກ່ຽວກັບອະວະກາດ ແລະ ເວລາ. ໃນທິດສະດີນີ້, ໄອນ໌ສະໄຕນ໌ໄດ້ກ່າວວ່າຄວາມໄວຂອງແສງແມ່ນຂີດຈຳກັດຄວາມໄວສູງສຸດທີ່ບໍ່ສາມາດເກີນໄດ້ ແລະ ກົດໝາຍຂອງຟີຊິກແມ່ນຄືກັນສຳລັບຜູ້ສັງເກດການທຸກຄົນທີ່ເຄື່ອນທີ່ດ້ວຍຄວາມໄວຄົງທີ່.

ໃນຂະນະດຽວກັນ, ທິດສະດີທົ່ວໄປກ່ຽວກັບສຳພັນພາບ, ເຊິ່ງໄດ້ນຳສະເໜີໃນປີ 1915, ກ່ຽວຂ້ອງກັບແຮງໂນ້ມຖ່ວງ. ພາຍໃຕ້ທິດສະດີນີ້, ແຮງໂນ້ມຖ່ວງບໍ່ແມ່ນແຮງແບບດັ້ງເດີມ, ແຕ່ແມ່ນຄວາມໂຄ້ງຂອງອະວະກາດ-ເວລາທີ່ເກີດຈາກມວນສານ.

ການເຂົ້າໃຈແນວຄວາມຄິດພື້ນຖານນີ້ແມ່ນມີຄວາມສໍາຄັນຫຼາຍກ່ອນທີ່ພວກເຮົາຈະເຂົ້າໄປໃນຄໍາຖາມຕົວຢ່າງ ແລະ ການສົນທະນາຂອງພວກມັນ.

Contoh Soal ແລະ Pembahasan

ຄຳຖາມທີ 1: ການຂະຫຍາຍເວລາ

Pertanyaan:
ນັກອາວະກາດເດີນທາງໄປຫາດາວທີ່ຢູ່ໄກດ້ວຍຄວາມໄວ 0,8c (ເຊິ່ງ c ແມ່ນຄວາມໄວແສງ). ຖ້າການເດີນທາງໃຊ້ເວລາ 10 ປີໂລກ, ນັກອາວະກາດຈະມີປະສົບການດົນປານໃດຕາມໂມງຂອງຕົນເອງ (ເວລາທີ່ເໝາະສົມ)?

ເປບບາຮາຊານ:
ການຂະຫຍາຍເວລາເປັນປະກົດການທີ່ເກີດຂຶ້ນຍ້ອນຄວາມແຕກຕ່າງຂອງຄວາມໄວທຽບເທົ່າລະຫວ່າງຜູ້ສັງເກດການສອງຄົນ. ເວລາຜ່ານໄປຊ້າກວ່າສຳລັບວັດຖຸທີ່ເຄື່ອນທີ່ທຽບກັບຜູ້ສັງເກດການທີ່ຢຸດນິ້ງ.

ສູດສຳລັບການຂະຫຍາຍເວລາແມ່ນ:

\[ \Delta t' = \frac{\Delta t}{\sqrt{1 – \frac{v^2}{c^2}}}\]

ຢູ່ໃສ:
- \(\Delta t'\) ແມ່ນເວລາທີ່ສັງເກດເຫັນຂອງວັດຖຸທີ່ເຄື່ອນທີ່.
- \(\Delta t\) ແມ່ນເວລາທີ່ສັງເກດເຫັນຂອງວັດຖຸທີ່ຢູ່ນິ້ງ.
-v ແມ່ນຄວາມໄວຂອງວັດຖຸທີ່ເຄື່ອນທີ່.
-\(c\) ແມ່ນຄວາມໄວຂອງແສງ.

ໃສ່ຄ່າທີ່ຮູ້ຈັກເຂົ້າໃນສູດ:

\[ v = 0,8c \]
\[ \Delta t = 10 \, \text{ປີ} \]

\[ \Delta t' = \frac{10}{\sqrt{1 – \frac{(0,8c)^2}{c^2}}}\]
\[ \Delta t' = \frac{10}{\sqrt{1 – 0,64}}\]
\[ \Delta t' = \frac{10}{\sqrt{0,36}}\]
\[ \Delta t' = \frac{10}{0,6}\]
\[ \Delta t' \ປະມານ 16.67 \, \text{year}\]

ສະນັ້ນ, ເວລາທີ່ນັກອາວະກາດປະສົບຕາມໂມງຂອງຕົນເອງແມ່ນປະມານ 16,67 ປີ.

ຄຳຖາມທີ 2: ການຫົດຕົວຂອງຄວາມຍາວ

Pertanyaan:
ວັດຖຸມີຄວາມຍາວ 100 ແມັດ ແລະ ຖືກວັດແທກໃນເວລາພັກຜ່ອນ. ຖ້າວັດຖຸເຄື່ອນທີ່ດ້ວຍຄວາມໄວ 0,6c, ຄວາມຍາວຂອງວັດຖຸຕາມຜູ້ສັງເກດການທີ່ຢູ່ກັບທີ່ແມ່ນເທົ່າໃດ?

ເປບບາຮາຊານ:
ການຫົດຕົວຂອງຄວາມຍາວ ແມ່ນປະກົດການທີ່ຄວາມຍາວຂອງວັດຖຸທີ່ເຄື່ອນທີ່ທຽບກັບຜູ້ສັງເກດການສັ້ນກວ່າເວລາທີ່ວັດຖຸຢຸດນິ້ງ.

ສູດສຳລັບການຫົດຕົວຄວາມຍາວແມ່ນ:

\[ L = L_0 \sqrt{1 – \frac{v^2}{c^2}} \]

ຢູ່ໃສ:
-\(L\) ແມ່ນຄວາມຍາວຂອງວັດຖຸທີ່ເຄື່ອນທີ່.
- \(L_0\) ແມ່ນຄວາມຍາວທີ່ເໝາະສົມ (ຄວາມຍາວຂອງວັດຖຸເມື່ອມັນຢຸດນິ້ງ).
-v ແມ່ນຄວາມໄວຂອງວັດຖຸ.
-\(c\) ແມ່ນຄວາມໄວຂອງແສງ.

ໃສ່ຄ່າທີ່ຮູ້ຈັກເຂົ້າໃນສູດ:

\[ L_0 = 100 \, \text{ແມັດ} \]
\[ v = 0,6c \]

\[ L = 100 \sqrt{1 – \frac{(0,6c)^2}{c^2}}\]
\[ L = 100 \sqrt{1 – 0,36}\]
\[ L = 100 sqrt{0,64}\]
\[ L = 100 ຄູນ 0,8\]
\[ L = 80 \, \text{ແມັດ}\]

ດັ່ງນັ້ນ, ຄວາມຍາວຂອງວັດຖຸທີ່ເຄື່ອນທີ່ຕາມຜູ້ສັງເກດການທີ່ຢູ່ກັບທີ່ແມ່ນ 80 ແມັດ.

ຄຳຖາມທີ 3: ມວນສານສຳພັນ

Pertanyaan:
ອະນຸພາກມີມວນສານຢຸດນິ້ງ 2 ກິໂລກຣາມ. ຖ້າອະນຸພາກນີ້ເຄື່ອນທີ່ດ້ວຍຄວາມໄວ 0,9c, ມວນສານສຳພັນຂອງອະນຸພາກແມ່ນເທົ່າໃດ?

ເປບບາຮາຊານ:
ມວນສານສຳພັນແມ່ນມວນສານຂອງວັດຖຸທີ່ເພີ່ມຂຶ້ນເມື່ອວັດຖຸເຄື່ອນທີ່ເຂົ້າໃກ້ຄວາມໄວແສງ.

ສູດມວນສານສຳພັນແມ່ນ:

\[ m = \frac{m_0}{\sqrt{1 – \frac{v^2}{c^2}}} \]

ຢູ່ໃສ:
-\(m\) ແມ່ນມວນສານສຳພັນ.
- \(m_0\) ແມ່ນມວນສານສ່ວນທີ່ເຫຼືອ (ມວນສານທີ່ເໝາະສົມ).
-v ແມ່ນຄວາມໄວຂອງວັດຖຸ.
-\(c\) ແມ່ນຄວາມໄວຂອງແສງ.

ໃສ່ຄ່າທີ່ຮູ້ຈັກເຂົ້າໃນສູດ:

\[ m_0 = 2 \, \text{kg} \]
\[ v = 0,9c \]

\[ m = \frac{2}{\sqrt{1 – \frac{(0,9c)^2}{c^2}}\]
\[ m = \frac{2}{\sqrt{1 – 0,81}}\]
\[ ມ = \frac{2}{\sqrt{0,19}}\]
\[ ມ \ປະມານ \frac{2}{0,436}\]
\[ ມ \ປະມານ 4,59 \, \text{kg}\]

ດັ່ງນັ້ນ, ມວນສານສຳພັນຂອງອະນຸພາກເມື່ອເຄື່ອນທີ່ດ້ວຍຄວາມໄວ 0,9c ແມ່ນປະມານ 4,59 ກິໂລກຣາມ.

ຄຳຖາມທີ 4: E=mc^2

Pertanyaan:
ພະລັງງານຈະຖືກຜະລິດອອກມາເທົ່າໃດ ຖ້າສານ 1 ກຣາມຖືກທຳລາຍໝົດຕາມສູດຂອງໄອນ໌ສະໄຕນ໌ \(E=mc^2\)?

ເປບບາຮາຊານ:
ສູດທີ່ມີຊື່ສຽງຂອງໄອນ໌ສະໄຕນ໌ \(E=mc^2\) ໃຫ້ຄວາມສຳພັນໂດຍກົງລະຫວ່າງມວນສານ (m) ແລະ ພະລັງງານ (E), ໂດຍ \(c\) ແມ່ນຄວາມໄວຂອງແສງ.

ໃນລະບົບ SI (ລະບົບຫົວໜ່ວຍສາກົນ):
- ມວນສານ (ມ) ວັດແທກເປັນກິໂລກຣາມ (ກກ).
- ຄວາມໄວຂອງແສງ (c) ແມ່ນ \(3 \ຄູນ 10^8 \, \text{m/s}\).

ໃຫ້ຄິດໄລ່ພະລັງງານທີ່ຜະລິດຈາກສານ 1 ກຣາມ:
– 1 ກຣາມ = 0,001 ກິໂລກຣາມ

\[ E = mc^2 \]
\[ E = (0,001) (3 ຄູນ 10^8)^2 \]
\[ E = (0,001) (9 ຄູນ 10^{16}) \]
\[ E = 9 x 10^{13} ຈູນ

ດັ່ງນັ້ນ, ພະລັງງານທີ່ຜະລິດໄດ້ຖ້າສານ 1 ກຣາມຖືກທຳລາຍຢ່າງສິ້ນເຊີງແມ່ນ ∙(9 ຄູນ 10^{13}) ຈູນ.

ສະຫຼຸບ

ທິດສະດີສຳພັນພາບແມ່ນແນວຄວາມຄິດພື້ນຖານ ແລະ ສຳຄັນໃນຟີຊິກສາດ, ເຊິ່ງມີຄວາມໝາຍຢ່າງເລິກເຊິ່ງຕໍ່ປະກົດການທາງກາຍະພາບທີ່ຫຼາກຫຼາຍ. ຜ່ານຕົວຢ່າງທີ່ໄດ້ກ່າວມາຂ້າງເທິງ, ພວກເຮົາໄດ້ເຫັນວິທີການທີ່ທິດສະດີພິເສດຂອງທິດສະດີສຳພັນພາບສາມາດນຳໃຊ້ເພື່ອເຂົ້າໃຈການຂະຫຍາຍເວລາ, ການຫົດຕົວຂອງຄວາມຍາວ, ມວນສານສຳພັນພາບ, ແລະ ຄວາມສຳພັນລະຫວ່າງມວນສານ ແລະ ພະລັງງານ.

ໂດຍການເຂົ້າໃຈ ແລະ ການປະຕິບັດບັນຫາເຫຼົ່ານີ້, ພວກເຮົາສາມາດຊື່ນຊົມຄວາມງາມຂອງທິດສະດີສຳພັນພາບ ແລະ ຜົນສະທ້ອນຂອງມັນຕໍ່ການເຂົ້າໃຈຈັກກະວານໄດ້ດີຂຶ້ນ.