Het artikel bespreekt het concept van de speciale relativiteitstheorie dat relatieve snelheid en lichtsnelheid omvat.
Relatieve snelheid en lichtsnelheid vertegenwoordigen de beweging van de meerdere lichamen die met elkaar in wisselwerking staan. De snelheid van een van de bewegende lichamen ten opzichte van de andere wordt berekend als hun relatieve snelheid. De maximale limiet voor beide relatieve snelheden is daarentegen de 'lichtsnelheid'.
De snelheid van elk object is frame-afhankelijk. Dat betekent dat de snelheid van een object moet worden geschat met betrekking tot een frame van een ander interactief object, ook al is een object in rust of in beweging.
Als beide objecten A en B in dezelfde richting bewegen, is hun relatieve snelheid VAB is de som van beide snelheden (VA + VB).
Als beide objecten A en B in de tegenovergestelde richting bewegen, relatieve snelheid VAB is het verschil tussen hun snelheden (VA – VB).
De relatieve snelheid wordt gekenmerkt door het referentiekader van een ander object of waarnemer, weergegeven door ruimtelijke coördinaten (x,y,z,t).
Maar de snelheid van elk object, ontdekt door de Deense astronoom Ole Roemer, moet de grootste waarde hebben. Hij experimenteerde met de snelheid van elektromagnetische EM-golven op aarde reizen. Hij berekende dat lichtgolven 17 minuten nodig hadden om de diameter van de baan van onze aarde te doorkruisen. Door de diameter van de baan te delen door het tijdsverschil, wordt de lichtsnelheid (c) geteld als 186,000 mijl per seconde.
James Maxwell stelde voor dat licht, een van de elektromagnetische golven, reist met 1,86,000 mijl per seconde of 3.8 x 108 Mevrouw. Einstein cultiveerde de speciale relativiteitstheorie door te veronderstellen dat de waarde van de lichtsnelheid constant is en onafhankelijk van de beweging van de bron.
Volgens de relativiteitstheorie van Einstein is er een snelheidslimiet voor elke materie, energie of signaal dat de informatie door de ruimte vervoert. Dat betekent dat de relatieve snelheid tussen twee op elkaar inwerkende lichamen een snelheidslimiet heeft die gelijk is aan de lichtsnelheid.
(credit: Shutterstock)
Kan de relatieve snelheid de lichtsnelheid overschrijden?
De relatieve snelheid van een object mag de snelheid van het licht niet overschrijden.
Alle EM-straling bevat massaloze deeltjes. Daarom hebben ze minder energie nodig om de lichtsnelheid te bereiken. Ter vergelijking: de deeltjes met een massa die niet nul is, vragen extreem veel energie. Daarom reist de EM-golf met de snelheid van het licht, ondanks het referentiekader; maar kan het niet overschrijden.
Eerder gingen natuurkundigen ervan uit dat er geen grens was aan de snelheid van een object. Maar Einstein ontdekte de waarde van de lichtsnelheid (c) in een vacuüm als de maximumsnelheid voor alle objecten op aarde. ZIJN betekent dat geen enkel object sneller kan reizen dan de waarde 3 x 108 m/s. De relatieve snelheid van het specifieke object met een massa die niet nul is, wordt berekend in het referentiekader van het andere object. Maar geen enkele waarnemer zal niet getuige zijn van een waarnemer in een ander referentiekader die de c-waarde nadert of overschrijdt.
Stel dat een man met de trein reist en een andere man staat buiten de trein. De man in de trein betrapte de man buiten, die met een snelheid van 30 km/u passeerde, terwijl de man buiten een glimp opvangde van de man in de trein, die met een snelheid van 250 km/u passeerde. De vraag over 'wat is de werkelijke snelheid van de trein?' heeft geen enkel antwoord.
De snelheid van de trein ten opzichte van de staande man buiten de trein wordt bepaald door snelheden op te tellen als 30 + 250 = 280 km/uur. Ter vergelijking: de snelheid van de trein ten opzichte van de man in de trein is 30 km/uur. Bovendien is de snelheid van dezelfde trein ten opzichte van het sterrenstelsel 2,20,000 m/s.
Laten we de EM-golven introduceren in een voorbeeld als de trein die 's nachts rijdt, en de man buiten de trein die een lichtflits verlicht met een zaklamp op de man in de trein. We begrijpen dat de snelheid van de trein ten opzichte van de man buiten 280 km/u is. Tegelijkertijd heeft het licht een snelheid van 3 x 108 Mevrouw. Dus de lichtsnelheid ten opzichte van de trein is 3 x 108 Mevrouw.
Als we de lichtsnelheid willen berekenen ten opzichte van de man in de trein, zeggen we 280 + 3 x 108 = 3,00,000,280 m/s. Maar het is niet geldig. De lichtsnelheid ten opzichte van de man in de trein is nog steeds 3 x 108 volgens de relativiteitstheorie van Einstein. Omdat alle snelheden relatief zijn, is de lichtsnelheid een absolute of universele constante waarde, onafhankelijk van het medium en het referentiekader dat het heeft afgelegd.
Daarom, ongeacht hoe snel de waarnemer beweegt ten opzichte van de lichtbron, de lichtsnelheid is hetzelfde wanneer een waarnemer het ziet. We begrepen dat de relatieve snelheid wordt verkregen door de snelheden op te tellen, maar deze kan de c-waarde niet overschrijden.
Waarom kunnen relatieve snelheden de lichtsnelheid niet overschrijden?
De relatieve snelheden kan de lichtsnelheid niet overschrijden vanwege de grote energiebehoefte.
De op elkaar inwerkende objecten moeten grote massa's tegenhouden om met een hogere snelheid te bewegen. Hoe enorm een object is, hoe sneller het reist. De objecten hebben echter een oneindige hoeveelheid energie nodig om hun relatieve snelheden tot de lichtsnelheid te overschrijden, wat praktisch niet gebeurt voor niet-nulmassaobjecten.
Einstein ontwikkelde de massa-energie-equivalentie die de hoeveelheid energie voorspelt die nodig is om een object te verplaatsen met een massa die niet nul is. E = mc2. De formule onthult ons dat energie- en massahoeveelheden onderling converteerbaar zijn. Dat betekent dat de massa kan worden omgezet in energie en vice versa. De massa-energie-equivalentie definieert de wisselkoers tussen energie en massa.
EM-golven ontladen als een grote hoeveelheid energie in de energieomzettingsproces. De lichtgolven bestaan alleen uit protonen die geen rustmassa hebben. In de massa-energie-equivalentieformule wordt de kleine massa van lichtgolven omgezet in de hoogst mogelijke energie om met de hoogst mogelijke snelheid te reizen.
De relatieve snelheden kunnen de lichtsnelheid alleen overschrijden als;
- De afstand tussen hen is nul.
- De tijd die nodig is om te reizen is oneindig.
- Geen contact of niet-contact soorten kracht werken op beide, dus hun versnelling is nul.
- En hun massa is oneindig.
Dus het object met oneindige massa's is in het echte leven niet praktisch. daarom niet objecten of hun relatieve snelheden kan de waarde van de lichtsnelheid niet overschrijden.
Kan iets sneller gaan dan de lichtsnelheid?
Een object met massa nul kan sneller gaan en zelfs de waarde van de lichtsnelheid bereiken, maar nooit overschrijden.
De Grote Hadron Collider (LHC) is de deeltjesversneller die de lichtsnelheid van 99.99% bereikte ten opzichte van een andere groep protonen. Maar om sneller te gaan dan de c-waarde, is de benodigde energie meer dan de energie die door de hele stad wordt verbruikt.
(credit: Shutterstock)
Lees ook:
- Hoe snelheid te meten in gaswetten
- Hoe hoekversnelling te vinden op basis van hoeksnelheid
- Rpm tot hoeksnelheid
- Hoe snelheid te bepalen in de geofysica
- Hoe de snelheid in een uniforme cirkelbeweging te bepalen
- Negatieve snelheid positieve versnellingsgrafiek
- Hoe de hoeksnelheid in de rotatiedynamica te vinden
- Hoe snelheid te meten in luskwantumkosmologie
- Wat is constant in de snelheid-tijdgrafiek
- Hoe snelheid te vinden met constante versnelling
Hallo, ik ben Manish Naik, heb mijn MSc Natuurkunde afgerond met als specialisatie Solid-State Electronics. Ik heb drie jaar ervaring met het schrijven van artikelen over natuurkunde. Schrijven, gericht op het verstrekken van nauwkeurige informatie aan alle lezers, van beginners tot experts.
In mijn vrije tijd breng ik mijn tijd graag door in de natuur of bezoek ik historische plaatsen.
Ik kijk ernaar uit om u te verbinden via LinkedIn –