Φυσικό Τμήμα Παν/μιο Ιωαννίνων - Ειδική Σχετικότητα - Λυμένα Προβλήματα - ΙI

Σχετικά έγγραφα
Τμήμα Φυσικής, Παν/μιο Ιωαννίνων, Ειδική Σχετικότητα, Διάλεξη 5 Οι Μετασχηματισμοί του Lorentz και η Συστολή του μήκους

Φυσικό Τμήμα Παν/μιο Ιωαννίνων - Ειδική Σχετικότητα - Λυμένα Προβλήματα - ΙII

Σύγχρονη Φυσική 1, Διάλεξη 4, Τμήμα Φυσικής, Παν/μιο Ιωαννίνων Η Αρχές της Ειδικής Θεωρίας της Σχετικότητας και οι μετασχηματισμοί του Lorentz

3α. ΣΧΕΤΙΚΙΣΤΙΚΗ ΚΙΝΗΜΑΤΙΚΗ ΠΑΡΑ ΕΙΓΜΑΤΑ «ΠΑΡΑ ΟΞΑ» ΑΣΚΗΣΕΙΣ

(α) (β) (γ) [6 μονάδες]

Σύγχρονη Φυσική 1, Διάλεξη 12, Τμήμα Φυσικής, Παν/μιο Ιωαννίνων Διαγράμματα Minkowski


Ο ειδικός μετασχηματισμός του Lorentz

ΕΙΔΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ ΤΗΣ ΣΧΕΤΙΚΟΤΗΤΑΣ

Σύγχρονη Φυσική 1, Διάλεξη 10, Τμήμα Φυσικής, Παν/μιο Ιωαννίνων. Ορμή και Ενέργεια στην Ειδική Θεωρία της Σχετικότητας

Doppler, ηλεκτρομαγνητικά κύματα και μερικές εφαρμογές τους!

Στοιχείατης. τηςθεωρίαςτης Σχετικότητας. Άλµπερτ Αϊνστάιν 1905

Κεφάλαιο 1 : Μετασχηματισμοί Γαλιλαίου.

Φυσική για Μηχανικούς

Φυσική για Μηχανικούς

Συστήµατος Αναφοράς. Συγχρονισµός των Ρολογιών Ενός

Φυσικό Τμήμα Παν/μιο Ιωαννίνων - Ειδική Σχετικότητα - 1 Λυμένα Προβλήματα - IV

ΑΠΟ ΤΟ ΝΕΥΤΩΝΑ ΣΤΟΝ ΑΪΝΣΤΑΪΝ ΙΑΤΡΑΚΗΣ ΙΩΑΝΝΗΣ «ΗΜΕΡΙ Α ΣΥΓΧΡΟΝΗΣ ΦΥΣΙΚΗΣ»

Φυσική για Μηχανικούς

1 + Φ r /c 2 = 1 (1) (2) c 2 k y 1 + (V/c) 1 + tan 2 α = sin α (3) tan α = k y k x

ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΙ LORENTZ

Ο Μετασχηµατισµός του Λόρεντς για τις Συντεταγµένες Θέσης Ενός Συµβάντος

Mηχανή Atwood µε κινούµενη τροχαλία

Φυσική για Μηχανικούς

Φυσική για Μηχανικούς

Ε Θ Ν Ι Κ Ο Μ Ε Τ Σ Ο Β Ι Ο Π Ο Λ Υ Τ Ε Χ Ν Ε Ι Ο Τ Ο Μ Ε Α Σ Φ Υ Σ Ι Κ Η Σ

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΦΥΕ ΕΝ ΕΙΚΤΙΚΕΣ ΛΥΣΕΙΣ 4 ης ΕΡΓΑΣΙΑΣ

Θεωρητικό Ζήτημα 2: Παρακολουθώντας την Κίνηση μιας Ράβδου

Ορμή - Κρούσεις, ΦΥΣ Διαλ.19 1

3 η εργασία Ημερομηνία αποστολής: 28 Φεβρουαρίου ΘΕΜΑ 1 (Μονάδες 7)

Κεφάλαιο 3. Κίνηση σε δύο διαστάσεις (επίπεδο)

Παραδείγματα στα θεμελιώδη προβλήματα.

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΧΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΦΕΥ η ΕΡΓΑΣΙΑ

Κεφάλαιο 2 : Η Αρχή της Σχετικότητας του Einstein.

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ Τμήμα Φυσικής Εξετάσεις στη Θεωρία της Ειδικής Σχετικότητας 23 Μαρτίου 2015 (πτυχιακή περίοδος)

Φυσική για Μηχανικούς

Σύγχρονη Φυσική 1, Διάλεξη 7, Τμήμα Φυσικής, Παν/μιο Ιωαννίνων. Οι Μετασχηματισμοί του Lorentz και η Διαστολή του Χρόνου

ΘΕΜΑ 1. Λύση. V = V x. H θ y O V 1 H/2. (α) Ακίνητος παρατηρητής (Ο) (1) 6 = = (3) 6 (4)

ΣΧΕΤΙΚΟΤΗΤΑ Μετασχηματισμοί Γαλιλαίου. (Κλασική θεώρηση) αφού σύμφωνα με τα πειράματα Mickelson-Morley είναι c =c.

Πριν τον Αινστάιν. Νόμος του Νεύτωνα. Σχετικότητα στη Μηχανική. Μετασχηματισμοί Γαλιλαίου. Αδρανειακά Συστήματα.

Κεφάλαιο 5 : Το φαινόμενο Doppler. Διαστήματα, χωρόχρονος και κοσμικές γραμμές.

Στοιχεία της θεωρίας της Σχετικότητας. Άλμπερτ Αϊνστάιν 1905

ΜΑΓΝΗΤΙΚΟ ΠΕΔΙΟ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ DOPPLER

5 η Εβδομάδα Έργο και κινητική ενέργεια. Ομαλή κυκλική κίνηση Έργο δύναμης Κινητική ενέργεια Θεώρημα έργου ενέργειας

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΕΠΙΛΟΓΗΣ ΣΤΗ ΣΧΕΤΙΚΟΤΗΤΑ

F mk(1 e ), όπου k θετική σταθερά. Στο όχημα ασκείται

Ένωση Ελλήνων Φυσικών ΠΑΝΕΛΛΗΝΙΟΣ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΟΣ ΦΥΣΙΚΗΣ 2011 Πανεπιστήμιο Αθηνών Εργαστήριο Φυσικών Επιστημών, Τεχνολογίας, Περιβάλλοντος.

4 η Εργασία F o 60 o F 1. 2) ύο δυνάµεις F1

Κεφάλαιο 3 Κίνηση σε 2 και 3 Διαστάσεις

ΘΕΩΡΗΤΙΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ Ι Σεπτέμβριος 2012

Συμπληρωματικό Φύλλο Εργασίας 2+ ( * ) Μετρήσεις Χρόνου Η Ακρίβεια

Γενική Φυσική. Ενότητα 4: Εισαγωγή στην ειδική θεωρία της σχετικότητας. Γεώργιος Βούλγαρης Σχολή Θετικών Επιστημών Τμήμα Μαθηματικών

1η Εργασία στο Μάθημα Γενική Φυσική ΙΙΙ - Τμήμα Τ1. Λύσεις Ασκήσεων 1 ου Κεφαλαίου

Στοιχεία Σχετικότητας, χρήσιμα στο μάθημα της Ατομικής Φυσικής Ε. Γ. Βιτωράτος. Τμήμα Φυσικής, Πανεπιστήμιο Πατρών (2005)

Κεφάλαιο 6β. Περιστροφή στερεού σώματος γύρω από σταθερό άξονα

ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ A. Οι δορυφόροι του συστήµατος GPS. GPS Block Ι. GPS Block ΙΙ και ΙΙΑ

Η έννοια κύμα, οι μετασχηματισμοί Γαλιλαίου και το φαινόμενο Doppler.

Ένωση Ελλήνων Φυσικών ΠΑΝΕΛΛΗΝΙΟΣ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΟΣ ΦΥΣΙΚΗΣ 2011 Πανεπιστήμιο Αθηνών Εργαστήριο Φυσικών Επιστημών, Τεχνολογίας, Περιβάλλοντος.

Ειδική Θεωρία Σχετικότητας

Γενική Φυσική. Κίνηση & συστήματα αναφοράς. Η κίνηση. Η κίνηση. Η κίνηση. Η κίνηση 24/9/2014. Κίνηση και συστήματα αναφοράς. Κωνσταντίνος Χ.

Φυσική για Μηχανικούς

Λύσεις 4 ης εργασίας

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ Τμήμα Φυσικής Εξέταση στην Ειδική Θεωρία Σχετικότητας 19 Ιουνίου 2013

5 Σχετικιστική μάζα. Στο Σ Πριν Μετά. Στο Σ

Φυσική για Μηχανικούς

Το φαινόμενο Doppler

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ Τμήμα Φυσικής Εξετάσεις στη Θεωρία της Ειδικής Σχετικότητας Ιούνιος 2010

Ο ειδικός μετασχηματισμός του Lorentz

ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ ΣΑΓΩΝΑΣ ΝΟΤΗΣ ΣΚΑΛΤΣΑΣ ΑΓΓΕΛΟΣ ΛΑΖΑΡΗΣ ΓΙΩΡΓΟΣ ΤΣΙΟΥΛΟΣ ΜΑΝΝΕΤΑΣ ΧΡΗΣΤΟΣ

ΦΥΣΙΚΗ Ι. ΤΜΗΜΑ Α Ευστάθιος Στυλιάρης ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟN ΑΘΗΝΩΝ,, ΣΧΕΤΙΚΗ ΚΙΝΗΣΗ Ομαλή Σχετική Μεταφορική Κίνηση Μετασχηματισμοί Γαλιλαίου

Ηλεκτρομαγνητισμός - Οπτική - Σύγχρονη Φυσική Ενότητα: Σύγχρονη Φυσική

15 ος Πανελλήνιος Μαθητικός Διαγωνισµός Αστρονοµίας και Διαστηµικής 2010 Θέµατα για το Γυµνάσιο

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 9 ΠΕΡΙΣΤΡΟΦΗ ΣΤΕΡΕΩΝ ΣΩΜΑΤΩΝ 18/11/2011 ΚΕΦ. 9

ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΦΥΣΙΚΗΣ 2019

ΚΑΡΤΕΣΙΑΝΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΣΕ ΔΥΟ ΔΙΑΣΤΑΣΕΙΣ

Ε Υ Θ Υ Γ Ρ Α Μ Μ Η Κ Ι Ν Η Σ Η - Α Σ Κ Η Σ Ε Ι Σ

ΦΥΣ Πριν αρχίσετε συµπληρώστε τα στοιχεία σας (ονοµατεπώνυµο και αριθµό ταυτότητας).

Ασκήσεις 6 ου Κεφαλαίου

b proj a b είναι κάθετο στο

Κεφάλαιο 3. Κίνηση σε δύο ή τρεις διαστάσεις

cos ϑ sin ϑ sin ϑ cos ϑ

ΑΙΝΣΤΑΙΝ Η ΘΕΩΡΙΑ ΤΗΣ ΕΙΔΙΚΗΣ ΚΑΙ ΓΕΝΙΚΗΣ ΣΧΕΤΙΚΟΤΗΤΑΣ. 4ο ΚΕΦΑΛΑΙΟ


Ενδεικτικές Λύσεις Θεμάτων Τελικών Εξετάσεων στη Θεματική Ενότητα ΦΥΕ34

Εισαγωγή στις Φυσικές Επιστήμες ( ) Ονοματεπώνυμο Τμήμα

ΡΥΘΜΟΣ ΜΕΤΑΒΟΛΗΣ ΣΥΝΑΡΤΗΣΗΣ

Οι συνθήκες ισορροπίας του στερεού σώματος και η λανθασμένη ερώτηση Α.3 της Φυσικής των Πανελλαδικών εξετάσεων 2014.


ΦΥΣ Τελική Εξέταση: 11-Δεκεµβρίου Πριν αρχίσετε συµπληρώστε τα στοιχεία σας (ονοµατεπώνυµο και αριθµό ταυτότητας).

Φυσική για Μηχανικούς

Φυσική για Μηχανικούς

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ Τμήμα Φυσικής Εξέταση στη Μηχανική I 2 Σεπτεμβρίου 2010

Ένωση Ελλήνων Φυσικών ΠΑΝΕΛΛΗΝΙΟΣ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΟΣ ΦΥΣΙΚΗΣ A Λυκείου

2 ο Μάθημα Κίνηση στο επίπεδο

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ Τμήμα Φυσικής Εξετάσεις στη Θεωρία της Ειδικής Σχετικότητας 7 Οκτωβρίου 2014 (περίοδος Σεπτεμβρίου )

Τίτλος Μαθήματος: Μαθηματική Ανάλυση Ενότητα Β. Διαφορικός Λογισμός

Φυσική για Μηχανικούς

ΑΡΧΗ 1ΗΣ ΣΕΛΙ ΑΣ Γ ΤΑΞΗ

ΠΡΟΩΘΗΣΗ ΠΥΡΑΥΛΩΝ. Η προώθηση των πυραύλων στηρίζεται στην αρχή διατήρησης της ορμής.

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ Τμήμα Φυσικής Εξετάσεις στη Θεωρία της Ειδικής Σχετικότητας 4 Σεπτεμβρίου 2018

Transcript:

.11.011 Άσκηση 1: Χρησιμοποιήστε την διωνυμική σχέση 1x N = i=0 N! i! N i! xi για να υπολογίστε το 1 V /c για (α) V = 0.01c και (β) V = 0.9998c (α) Η διωνυμική σχέση είναι ιδανική για προσεγγίσεις όταν x 1 (πολύ μικρότερο τις μονάδας). Στην περίπτωση αυτή έχουμε V = 0.01 c = V c = 0.01 = 10 4 Η διωνυμική σχέση γράφεται 1x Ν 1 Νx Ν Ν 1 x... Όπως βλέπουμε, για x= ο πρώτος όρος είναι της τάξης του 10 0, ο δεύτερος της τάξης του 10 4, ο τρίτος της τάξης του 10 8 και συνεχίζεται έτσι μέχρι το άπειρο με τον κάθε όρο να είναι τέσσερις τάξεις μεγέθους μικρότερος από τον προηγούμενο. Συνεπώς με τους δύο πρώτους όρους έχουμε αποτέλεσμα που είναι ακριβές περίπου μέχρι το 4-5 δεκαδικό ψηφίο (διότι ο επόμενος όρος είναι της τάξης του 10 8 ). Άρα 1 V /c = 1 1 / 1 1 10 4 = 1 0.00005 = 0.99995 (β) Στην περίπτωση αυτή το β δεν είναι πολύ μικρότερο της μονάδας, αντιθέτως είναι σχεδόν μονάδα. Άρα για να εφαρμόσουμε την διωνυμική σχέση χρειαζόμαστε μία ποσότητα, ε, που είναι πολύ μικρότερη της μονάδας και η οποία ορίζεται από την = 1. Έτσι έχουμε 1 V /c = 1 1 / = 1 1 1/ 1 1 1/ = = 1 0.9998 = 0.000 = 4 10 4 = 0.0

Άσκηση : Θεωρήστε δύο αδρανειακά συστήματα αναφοράς Ο και Ο'. Το Ο' κινείται με σχετική ταχύτητα V = 0.8 c κατά τη διεύθυνση του κοινού άξονα των χ. Παρατηρητής στο Ο μετρά (παρατηρεί) εκπομπή φωτός προερχόμενη από το χωροχρονικό σημείο (γεγονός) t= 5 10 4 s ; x = 100km ; y = 10km ; z = 1km. Υπολογίστε τι μετρά παρατηρητής που βρίσκεται ακίνητος στο αδρανειακό σύστημα Ο'. Θεωρήστε ότι τα δύο συστήματα αναφοράς Ο και Ο' συμπίπτουν όταν t = t ' = 0. Χρησιμοποιώντας τους μετασχηματισμούς Lorentz της αντίστοιχης διάλεξης έχουμε: 5 10 4 s 0.8100km ct V /c x t V /c x 3 10 5 km/ s ct '= ct x= t '= = 1 1 1 0.8 =1.8 10 4 s x '= x ct = 1 km 0.8 3 10 5 km/ s 5 10 4 s x Vt=100 =367 km 1 1 0.8 y'= y=10 km z'=z=1km

Άσκηση 3: Τρένο μήκους 0.5 km (όπως μετράται από παρατηρητή πάνω στο τρένο) κινείται με ταχύτητα 100 km/h. Ακίνητος παρατηρητής ευρισκόμενος στο σταθμό παρατηρεί δύο κεραυνούς οι οποίοι χτυπούν το τρένο ταυτόχρονα στα δύο άκρα του. Με τι χρονική διαφορά φαίνονται οι δυο κεραυνοί σε επιβάτη του τρένου? Στην συγκεκριμένη περίπτωση έχουμε δύο γεγονότα: Γεγονός 1: Κεραυνός χτυπά την αρχή A του τρένου. Γεγονός : Κεραυνός χτυπά το τέλος B του τρένου. Στο σύστημα αναφοράς του παρατηρητή στο σταθμό τα δυο γεγονότα έχουν συντεταγμένες: Γεγονός 1: ct A ; x A, y A, z A, Γεγονός : ct B =ct A ; x B, y B, z B και επειδή ο παρατηρητής στο αυτός μετρά τα δύο γεγονότα να συμβαίνουν ταυτόχρονα, έχουμε ότι t A =t B.

Στο σύστημα αναφοράς του παρατηρητή στο τρένο τα δυο γεγονότα έχουν συντεταγμένες: Γεγονός 1: ct A ' ; x A ', y' A,z ' A, Γεγονός : c' B ' ; x B ', y B ', z B ' όπου x A ' x B ' = 500 m Η ταχύτητα του τρένου (κινούμενο σύστημα αναφοράς Ο') ως προς τον παρατηρητή στο σταθμό (ακίνητο σύστημα αναφοράς Ο)είναι V = 100 km/h = 105 m 3600 s = 7.8m/ s Οι χωροχρονικές συντεταγμένες του κάθε γεγονότος στα δύο συστήματα αναφοράς συνδέονται μεταξύ τους με τούς μετασχηματισμούς Lorentz c t A = ct ' t ' x ' x ' A B A B V 1 c t ' A c x ' x ' A B t A = 1 V c = 0 t ' A V c x' A x ' B V 1 c = 0 0=t ' A V c x ' 7.8m/ s A x' B t ' A = 3 10 8 m/ s 500m= 4.0 10 13 s Δηλαδή ο παρατηρητής πάνω στο τρένο βλέπει τον κεραυνό στο Α να χτυπά πρώτος και τον κεραυνό στο Β δεύτερος. Το αποτέλεσμα αυτό είναι ένα παράδειγμα όπου γεγονότα τα οποία συμβαίνουν ταυτόχρονα σε ένα αδρανειακό σύστημα αναφοράς δεν παρατηρούνται ταυτόχρονα σε άλλο αδρανειακό σύστημα αναφοράς το οποίο κινείται σε σχέση με το πρώτο. Το συμπέρασμα αυτό πηγάζει από το γεγονός ότι η ταχύτητα του φωτός είναι η ίδια σε όλα τα αδρανειακά συστήματα και συνεπώς οι 'σωστοί' μετασχηματισμοί χωροχρονικών συντεταγμένων μεταξύ των δύο συστημάτων είναι οι μετασχηματισμοί του Lorentz.

Άσκηση 4: Παρατηρητής στο σύστημα Ο βλέπει δύο γεγονότα τα οποία λαμβάνουν χώρα σε απόσταση 600 m το ένα από το άλλο και με χρονική διαφορά 8 10 7 s. Με τι ταχύτητα πρέπει να κινείται δεύτερος παρατηρητής έτσι ώστε να δει τα δυο γεγονότα να συμβαίνουν ταυτόχρονα? c t ' A =[ct A x A x B ] = 0 c t A x A x B = 0 = ct A x A x B = 3 108 m/ s 8 10 7 s 600m = 0.4 Άσκηση 5: Πόσο γρήγορα πρέπει να κινείται ένας πύραυλος έτσι ώστε παρατηρητής επί της γης να τον βλέπει να έχει συσταλεί στο 99%? L L 0 =0.99=1 =0.141 V =0.141 c Άσκηση 6: Υπολογίστε τη συστολή Lorentz της διαμέτρου της γης όπως φαίνεται από παρατηρητή Ο' που βρίσκεται ακίνητος σε σχέση με τον ήλιο. Η ταχύτητα της γης στο σύστημα Ο' είναι 3 10 4 m/ s και η διάμετρος της είναι D=1756km. D= D 0 1 =D 0 1 3 104 1/ 3 10 D 8 0 1 1 10 8 D D 0 = 0.5 D 0 10 8 = 1756 103 m 10 8 =0.064 m=6.4cm

Άσκηση 7: Μεταλλική ράβδος βρίσκεται υπό γωνία '=35 o ως προς τον άξονα χ' στο αδρανειακό σύστημα αναφοράς Ο' το οποίο κινείται με ταχύτητα V στη διεύθυνση του άξονα χ ως προς το σύστημα Ο. Υπολογίστε την ταχύτητα του Ο' αν η ράβδος φαίνεται σε γωνία =45 o ως προς τον άξονα χ στο σύστημα Ο. Στο αδρανειακό σύστημα αναφοράς Ο' έχουμε L y '= L' sin ' (1) L x '=L ' cos' () Λαμβάνοντας υπ' όψιν ότι στο αδρανειακό σύστημα αναφοράς Ο μόνο η χ-συνιστώσα υπόκειται σε συστολή μήκους μέσω της (1) και () έχουμε L y =L y ' =L' sin ' (3) L x = L x ' = L' cos' (4) Τέλος από (3) και (4) έχουμε tan = L y = tan' 1 L x = 1 = tan' tan 30o = tan tan45 =0.816 o

Άσκηση 8: Ένας κύβος έχει όγκο 1000cm 3, όπως μετράται από παρατηρητή που βρίσκεται σε ηρεμία σε σχέση με τον κύβο. Δεύτερος παρατηρητής (ευρισκόμενος σε ηρεμία στο σύστημα Ο' κινείται με ταχύτητα 0.8 c σε σχέση με τον πρώτο κατά τη διεύθυνση μιας από τις ακμές του κύβου. Υπολογίστε τον όγκο που βλέπει ο δεύτερος παρατηρητής. Μόνο οι ακμή κατά τη διεύθυνση της κίνησης υφίσταται συστολή: l x '= l x =l x 1 =10cm 1 0.8 =6cm Οι άλλες διαστάσεις παραμένουν οι ίδιες και στα δύο συστήματα. Έτσι ο όγκος που βλέπει ο παρατηρητής στο Ο' είναι V '=l x ' l y ' l z '=10 cm 10cm 6 cm=600 cm 3