Sammendrag i Fysikk Sjekk http://www.oysk.com/ for flere sammendrag, elevøvelser og oppgavesett til ressurshefter i norsk! Kap 8 Relativitetsteori Relativ Bevegelse: Absolutt bevegelse er bevegelse i forhold til noe som er fullstendig i ro. Umulig å måle ved mekaniske metoder! For å måle hvor en gjenstand er og hvordan den beveger seg, må vi måle i forhold til en referansegjenstand. Vi velger et koordinatsystem S som er i ro i forhold til referansegjenstanden. Koordinatsystemet kaller vi et referansesystem. All bevegelse er relativ, dvs. bevegelse i forhold til et referansesystem. Vi velger to referansesystemer S1 og S2 som er i ro i forhold til gjenstanden og referansegjenstanden. For rettlinjet bevegelse: Posisjon: s1=s2+s. Fart: v1=v2+v (galileiformlene). Hvordan posisjon og bevegelsen blir observert er avhengig av hvilket system vi observerer fra. (Relativistiske Formelen: v1=(v2+v)/(1+(v2*v)/c^2)) Mekanikkens Relativitetsprinsipp: Et treghetssystem er et referansesystem der treghetsloven (New.1.lov Fres=0<=>v=konst.) gjelder. Alle treghetssystemer beveger seg med konstant fart i forhold til hverandre. Mekanikkens lover har samme form i alle treghetssystemer. På slutten av 1800-tallet: Trodde at relativitetsprinsippet ikke gjalt for elektromagnetiske fenomener, men at galileiformlene også gjelder for lys. c=3e8 i et treghetssytem som var i ro i forhold til eteren. FEIL. Michelson-Morley-forsøke i 1887: Lysfarten i forhold til Jorden har samme verdi i alle retninger (uahengig av lyskildens bevegelser). Det Spesielle Relativitetsprinsippet: Albert Einsteins to postulater som bygger opp den spesielle relativitetsteorien: 1. Fysikkens lover har samme form i alle treghetssystemer. (Spesiell: pga. gjelder ikke for akselererte referansesystemer). 2. Lysfarten i vakuum har samme verdi i alle treghetssystemer. Eller Alle observatører måler samme verdi for lysfarten i vakuum. Tid: To hendinger som skjer samtidig i ett treghetssystem, skjer ikke samtidig i et treghetssystem som beveger seg i forhold til det første (Samtidighet er et relativt begrep). Når en gjenstand har farten v i et treghetssystem, er lorentzfaktoren: "gamma"=1/kvadrat(1-(v^2/c^2)). Hviletid, t0: Hvert treghetssystem har sin tid (hviletid). Hviletiden for et treghetssystem måles med en klokke som er i ro i dette treghetssystemet. Tidesforlengelse: En prossess skjer i et treghetssystem som beveger seg med farten v i forhold til vårt treghetssystem. En observatør på stedet måler at prosessen varier i tiden t0. Vi måler at prosessen varer en lengre tid t, der t="gamma"*t0. Utledning: Observere et lysblink opp og ned et fly fra flyet og fra bakken. Tiden i flyet, t0=2h/c. Tiden på bakken, t=2s/c. Pytagoras: s^2=(vt/2)^2+h^2. Setter inn s=ct/2 og h=ct0/2 => (c^2*t^2)/4=((v^2*t^2)/4)+(c^2*t0^2)/4 => c^2*t^2=v^2*t^2+c^2*t0^2 => t^2(1-(v^2/c^2))=t0^2 => t=(1/kvadrat(1-(v^2/c^2)))*t0 =>t="gamma"*t0 Levetid for ustabile partikler er oppgitt i hviletid, lever lengre hvis de beveger seg! Bevegelsesmengde: Klasisk Fres=p'=(mv)'=ma. Stemmer ikke ettersom maks v=c og at det trengs mer kraft for å akselerere en partikkel med stor hastighet enn en med lav. Partiklene "møter veggen" når farten -> c. Relativistisk: p="gamma"*mv. Det fører til at p->uendelig når v->c, altså at det er umulig å akselerere en gjenstand helt opp til lysfarten. Ved å løse likningen for bevegelses mengde på henhold til v får vi: v/c=p/kvadrat(p^2+m^2*c^2). Bevaringsloven for bevegelsesmengde: Når resultanten av de ytre kreftene på en eller flere gjenstander er lik null, er den samlede bevegelsesmengden konstant. "sigma""gamma"*m*v=konstant. Dette gjelder i alle treghetssystemer. Elevøvelse: Sende elektroner gjennom et magnetfelt og måler avbøyning. Vi finner først bevegelsesmengden ved formelen: r=mv/(qB)=p/(qB) (kap6.3) =>p=rqB. (r=R/tan(o/2), der R er radien av magnetfelt og o er vinkelen). Ved så å regne ut farten både klasisk og relativistisk ser vi at den klasiske ikke stemmer (v>c). Energi: Kinetisk energi: Ek=mc^2*("gamma"-1). deltaEk=qU. Så lenge v/c < 0,1 kan vi regne klasiskt. Hvileenergi: E0=mc^2. Den energien gjenstanden har på grunn av sin masse, uavhengig av fart og ytre krefter. Totalenergi: E=E0+Ek=mc^2+mc^2("gamma"-1)="gamma"*mc^2. Eller E="gamma"*E0. Ekstra: E^2=p^2*c^2+m^2*c^4. v/c=kvadrat(1-(1/"gamma"^2)). Utledes direkte fra "gamma"=1/kvadrat(1-(v/c)^2). v/c=p/kvadrat(p^2+m^2*c^2). Utledes fra p="gamma"*mv => 1-(v/c)^2=m^2*v^2/p^2 => 1/v^2=m^2c^2+p^2/(c^2p^2) => v^2=c^2p^2/(m^2c^2+p^2)