Скорость звука Случалось ли вам наблюдать издали за дровосеком, рубящим дерево? Или, быть может, вы следили за тем, как вдали работает плотник, вколачивая гвозди? Вы могли заметить при этом очень странную вещь: удар раздается не тогда, когда топор врезается в дерево или

Скорость звука Не надо бояться грома после того, как сверкнула молния. Вы, наверное, слыхали об этом. А почему? Дело в том, что свет распространяется несравненно быстрее, чем звук, – практически мгновенно. Гром и молния происходят в один и тот же момент, но молнию мы видим в

35. Имеет ли Солнце поверхность? Солнце это гигантский светящийся газовый шар, так что он не имеет твердой поверхности, как Земля. Но так, конечно, кажется на первый взгляд. Почему?Солнечную «поверхность», или фотосферу, к которой солнечные лучи с большим трудом пробиваются

Варп-скорость 5 Означает ли это, что с помощью черных дыр можно путешествовать по всей галактике, как в «Звездном пути» и других научно-фантастических фильмах?Как мы видели ранее, искривленность конкретного пространства обусловлена количеством материи-энергии,

«Заинтересованность совести не имеет» Вольтер в «Английских письмах» сообщает, что в 1726 году, когда он был в Англии, ему довелось присутствовать при ученом споре, участники которого обсуждали вопрос: кто был величайшим из людей - Цезарь, Александр, Тимур или Кромвель?

Для описания любых физических процессов

А. Все системы отсчета являются равноправными.

Б. Все инерциальные системы отсчета являются равноправными.

Какое из этих утверждений справедливо согласно специальной теории относительности?

1) только А

2) только Б

4) ни А, ни Б

Решение.

Главный постулат теории Эйнштейна, принцип относительности, гласит: «Все инерциальные системы отсчета равноправны при описании любого физического процесса». Таким образом, верно утверждение Б.

Правильный ответ: 2.

Ответ: 2

Какие из следующих утверждений являются постулатами специальной теории относительности?

А. Все инерциальные системы отсчета равноправны при описании любого физического процесса.

Б. Скорость света в вакууме не зависит от скорости источника и приемника света.

В. Энергия покоя любого тела равна произведению его массы на квадрат скорости света в вакууме.

Решение.

Первый постулат специальной теории относительности: «Все инерциальные системы отсчета равноправны при описании любого физического процесса». Второй постулат: «Скорость света в вакууме не зависит от скорости источника и приемника света». Таким образом, постулатами являются утверждения А и Б.

Правильный ответ: 1.

Ответ: 1

В установке искровой разряд создает вспышку света и звуковой импульс, регистрируемые датчиком, расположенным на расстоянии 1 м от разрядника. Схематически взаимное расположение разрядника Р и датчика Д изображено стрелкой. Время распространения света от разрядника к датчику равно Т , а звука —

Проводя эксперименты с двумя установками 1 и 2, расположенными в космическом корабле, летящем со скоростью относительно Земли, как показано на рисунке, космонавты обнаружили, что

Решение.

Так как космический корабль летит с постоянной скоростью, он представляет собой инерциальную систему отсчета. Согласно принципу относительности (первому постулату специальной теории относительности), все инерциальные системы отсчета равноправны при описании любого физического процесса. Следовательно, космонавты, находившиеся на борту космического корабля, не могли обнаружить никакой зависимости скорости распространения светового и звукового сигналов от ориентации установки.

Правильный ответ: 2.

Ответ: 2

Один ученый проверяет закономерности колебания пружинного маятника в лаборатории на Земле, а другой — в лаборатории на космическом корабле, летящем вдали от звезд и планет с выключенным двигателем. Если маятники одинаковые, то в обеих лабораториях эти закономерности будут

1) одинаковыми при любой скорости корабля

2) разными, так как на корабле время течет медленнее

3) одинаковыми, если скорость корабля мала

4) одинаковыми или разными в зависимости от модуля и направления скорости корабля

Решение.

Так как космический корабль летит с постоянной скоростью, он представляет собой инерциальную систему отсчета. Согласно принципу относительности (первому постулату специальной теории относительности), все инерциальные системы отсчета равноправны при описании любого физического процесса. Следовательно, если маятники одинаковые, то в обеих лабораториях закономерности колебания пружинного маятника будут одинаковыми при любой скорости корабля.

Правильный ответ: 1.

Ида Горбачева (Ухта) 16.05.2012 20:01

Здравствуйте! Но по теории относительности в движущихся объектах время течет медленнее... К тому же в земных условиях есть вес, а в корабле его нет... Не могли бы прокомментировать эти противоречия?

Алексей (Санкт-Петербург)

Добрый день!

Противоречий слава Богу нет! Не переживайте.

По поводу Ваших вопросов. Сначала по поводу замедления времени. Не надо забывать, что это относительный эффект. Неподвижному наблюдателю на Земле кажется, что в движущемся относительно него объекте (например, лаборатории) время течет медленнее, чем на Земле, кроме того этот объект кажется ему еще и сплюснутыми в продольном направлении. Но для ученого в этом движущемся объекте, уже Земля кажется проносящейся мимо него с тоже скоростью, но в обратном направлении. А значит, ему тоже будет казаться, что наблюдатель на Земле через чур медлителен и поразительно сплюснут:). Постулат Эйнштейна гарантирует, что во всех инерциальных системах отсчета все будет выглядеть одинаково (и это замечательно). То есть,если ставить одинаковые эксперименты, то будут получаться одинаковые результаты. Например, если у каждого ученого есть свой маятник, то и показания собственных маятников, и показания чужих маятников для обоих ученых будут совпадать:)

Теперь про вес. Не путайте, что вес - сила, с которой тело давит на опору или растягивает подвес, это вовсе не сила тяжести. На Земле, действительно, чаще всего источником веса, является притяжение к Земле, но если посмотреть на свободно падающий лифт, то там веса уже не будет. В случае с пружинным маятником, оказывается, что сила тяжести никак не влияет на характер его колебаний, она приводит только к смещению положения равновесия. Поэтому если положить маятник "на бочок", тем самым убрав силу тяжести из игры, получится абсолютно тоже самое, что и в ракете, где вообще никакой силы тяжести нет:)

Надеюсь, что я удовлетворил Ваше любопытство!

Ида Горбачева (Ухта) 18.05.2012 20:51

Спасибо за ответ. Есть еще два нюанса - 1. Земля всего лишь приблизительно является инерциальной системой отсчета. 2. В специальной теории относительности рассматривается понятие о гравитационном замедлении времени.

Алексей (Санкт-Петербург)

Систему отсчета, связанную с Землей, действительно можно лишь с некоторой точностью считать инерциальной. Это верно.

По поводу Вашего второго замечание (немного поправлю): влияние гравитации на время за пределами компетенции специальной теории относительности (СТО). В СТО работают с плоским пространством. Обобщение на гравитацию было сделано Эйнштейном уже в рамках общей теории относительности (ОТО). Но ее рассмотрение далеко за рамками школьной программы:)

Юрий Шойтов (Курск) 28.11.2012 21:27

Здравствуйте, Алексей!

Меня удивляет, как постановка вопроса, так и Ваше (скорее всего не Ваше) решение.

Совершенно непонятно, что обозначают слова "процессы протекают одинаково".

Такая формулировка отбрасывает нас во времена Галилея, когда еще не было понятия системы отсчета. Да Галилей писал именно так: "Мухи в каюте будут летать одинаково независимо от того стоит ли корабль на месте или движется прямолинейно и равномерно". В переводе на современный язык это значит: "Если на материальную точку подействовать некоторой силой, то точка получит одно и то же ускорение во всех системах отсчета, которые движутся друг относительно друга прямолинейно равномерно и поступательно." Но даже в классической механике нельзя в этом случае говорить об "одинаковом протекании процессов" в этих системах. Скорость точки в разных системах будет разной, соответственно, разной будет кинетическая энергия. Так, если в движущимся поезде пассажир будет идти относительно вагона со скоростью 1 м/с и резко остановится относительно вагона, то ничего особенного не произойдет. Если же он остановится за то же самое время относительно земли, то это крушение поезда. Вот вам и "одинаковость протекания процессов"!

Из преобразований Лоренца следует, что время в движущейся и и неподвижной системах отсчета будет разным, следовательно, разными будут и периоды колебаний маятника. Где Вы тут усмотрели "одинаковость процессов"?!

Равноправие систем отсчета в СТО состоит в том, что в обеих системах одинаковой (инвариантной) будет величина релятивистского интервала в четырехмерном пространстве Минковского. И не более того.

Рассуждения о том, что будет "казаться" одному и другому наблюдателю нелепы. Если одному или двум субъектам что-то кажется, то этот феномен изучает не физика, а психиатрия.

Рассуждения об инерциальности системы отсчета, связанной с Землей, тоже ошибочны. Земля вращается вокруг своей оси, следовательно точка, неподвижная в этой системе, имеет переносное ускорение омега квадрат умножить на расстояние этой точки от оси вращения. Для точек, находящихся на поверхности Земли это ускорение во много раз меньше ускорения свободного падения, им пренебречь можно. Но в условии сказано, что корабль находится вдали от планет (в том числе и от Земли). Тогда расстояние от космического корабля велико, и сила инерции приобретает огромное значение.

Как условие, так и решение представляют собой неуклюжую попытку понятно объяснить школьнику то, чего не понимаешь сам.

Если Вы ставите своей целью окончательно запутать школьника и заставить его вместо изучения природы зубрить некоторые догмы, то "решая" подобные задачи, Вы достигните этой цели.

Алексей (Санкт-Петербург)

Добрый день!

Юрий, Вы опять делаете из мухи слона. В задаче лишь спрашивается, будут ли наблюдатели, находящиеся в лабораториях на земле и в ракете видеть, что маятники колеблются одинаково (с одинаковыми периодами). Каждый наблюдатель следит за своим маятником, обе лаборатории, естественно, считаются инерциальными, наблюдатели неподвижны относительно лабораторий.

Евгений Кирик (Отрадное) 27.02.2013 17:05

Добрый день! "Так как космический корабль летит с постоянной скоростью" - откуда взялось это утверждение? разве если корабль летит с выключенным двигателем то это означает что он не ускоряется? Ведь если можно пренебречь силой трения то тогда по 2 закону ньютона F=ma. значит изначально силу придали а потом отключили двигатель Следовательно корабль двигается с ускорением. ??Объясните подробнее, пожалуйста этот момент:)

Алексей

Добрый день!

Силы трения, действительно нет. Слова про то, что ракета "вдали от звезд" означают, что она не испытывает гравитационного притяжения небесных тел, им также можно пренебречь.

Таким образом в данный момент на ракету никаких сил не действует, а значит, по выписанному Вами второму закону Ньютона, ускорение равно нулю. Да, когда-то двигатели работали, они сообщали ракете ускорение, но как только их выключили, ракета стала двигаться равномерно, нечему ее теперь ускорять.

Луч лазера в неподвижной ракете попадает в приемник, расположенный в точке 0 (см. рисунок). В какой из приемников может попасть этот луч в ракете, движущейся вправо с постоянной скоростью?

1) 1, независимо от скорости ракеты

2) 0, независимо от скорости ракеты

3) 2, независимо от скорости ракеты

4) 0 или 1, в зависимости от скорости ракеты

Решение.

Так как ракета летит с постоянной скоростью, она представляет собой инерциальную систему отсчета. Согласно принципу относительности (первому постулату специальной теории относительности), все инерциальные системы отсчета равноправны при описании любого физического процесса. Следовательно, если луч лазера попадал в приемник, расположенный в точке 0, в неподвижной ракете. Он будет попадать в него и в равномерно двигающейся ракете независимо от ее скорости.

Правильный ответ: 2.

Ответ: 2

Свет от неподвижного источника падает перпендикулярно поверхности зеркала, которое удаляется от источника света со скоростью Какова скорость отраженного света в инерциальной системе отсчета, связанной с зеркалом?

Решение.

Согласно второму постулату специальной теории относительности, скорость света в вакууме одинакова для всех инерциальных систем отсчета. Таким образом, скорость отраженного света в инерциальной системе отсчета, связанной с зеркалом, равна c .

Правильный ответ: 3.

Ответ: 3

В инерциальной системе отсчета свет от неподвижного источника распространяется со скоростью с . Пусть источник света движется в некоторой инерциальной системе со скоростью а зеркало — со скоростью u в противоположную сторону. С какой скоростью распространяется в этой системе отсчета свет, отраженный от зеркала?

Решение.

Согласно второму постулату специальной теории относительности, скорость света в вакууме одинакова для всех инерциальных систем отсчета. Таким образом, скорость отраженного от зеркала света в этой инерциальной системе отсчета равна c .

Правильный ответ: 4.

Ответ: 4

Какие из приведенных ниже утверждений являются постулатами специальной теории относительности?

А. Принцип относительности — равноправность всех инерциальных систем отсчета.

Б. Инвариантность скорости света в вакууме — неизменность ее величины при переходе из одной инерциальной системы отсчета в другую.

1) только А

2) только Б

4) ни А, ни Б

Решение.

Первый постулат специальной теории относительности: «Все инерциальные системы отсчета равноправны при описании любого физического процесса». Второй постулат: «Скорость света в вакууме не зависит от скорости движения источника света или наблюдателя и одинакова во всех инерциальных системах отсчета». Таким образом, постулатами являются утверждения и А, и Б.

Добрый день! Скорость относительна, потому что зависит от выбранной системы отсчета. Пример: машина едет с определенной скоростью по улице. Сбоку от неё находится дом и по тротуару едет велосипедист. Так вот, относительно дома машина едет с одной скоростью, а если рассматривать скорость машины относительно движущегося велосипедиста, то она будет другая (потому что велосипедист также двигается).

Inna

В тренажере не поняла как решать задачу: "Длинный шнур двигается по гладкой горизонтальной поверхности влево со скоростью 2 м/с. Точку А начинают двигать вправо со скоростью 1 м/с. Какой длины часть шнура будет двигаться вправо через 3 с?" Помогите с решением:(

Ответ учителя: Постный Алексей Витальевич

Рассмотрите движение одного конца относительно другого. Получается, что они сближаются со скоростью 3 м/с. Далее вычислите, насколько уменьшится расстояние между концами шнура за 3 секунды. Затем сделайте рисунок: в начале движения и через 3 секунды. Это поможет вам найти правильный ответ.

Пользователь 372914

При объяснении Вами темы были упущены 2 момента (1. Вы графически не показали почему vберега берется со знаком минус 2. Эксперимент с траекторией мел-линейка-доска (не объяснено наглядно почему мел относительно линейки движется прямолинейно. Т.к наша школа направлена на среднего ученика, хотелось бы чтобы ученики кто ниже среднего тоже смогли понять до конца то что вы говорите. Вообще ресурс очень хорощий, и вы как преподаватель физики лучший на этом ресурсе.Я говорю не о знаниях, а о методике преподавания предмета. С большим уважением!

Ответ учителя: Постный Алексей Витальевич

Спасибо большое за отзыв! Что касается замечаний, то действительно, момент со скоростью относительно берега графически не выделен, но он объясняется словесно. Поэтому, при внимательном просмотре можно понять, почему берется знак "-". Что касается мела и линейки, то объяснение не представлено из-за его интуитивного понимания: линейка прямая , значит мел вдоль неё движется прямо линейно.

Пользователь 362168

Хотела бы спросить решение задачи: Поднимаясь вверх по реке, рыбак уронил с лодки деревянный багор, когда проезжал под мостом. Спустя полчаса он обнаружил пропажу и, повернув назад, догнал багор на расстоянии 2,7 км от моста. Найдите скорость течения реки, считая скорость лодки относительно воды неизменной.

Ответ учителя: Постный Алексей Витальевич

Для решения задачи сначала рассмотрите движение относительно реки. Относительно воды багор покоился, а рыбак плыл в одну сторону полчаса, затем вернулся (соответственно, прошло еще полчаса, т.к. багор покоился). То есть, всего час. Далее рассмотрите движение относительно моста. За указанный час багор проплыл 2,7 км.

Лукичёв Михаил

"Какова скорость мяча относительно Земли после абсолютно упругого удара о стену? (скорость стены U = 2 м/с, скорость мяча до удара v = 3 м/с)." Подскажите, почему правильный ответ 7 м/c, а не 5 м/c, т.к. удар упругий и идет сложение скоростей?..

Ответ учителя: Постный Алексей Витальевич

При решении задачи требуется рассмотреть скорость мяча относительно стены. Затем учесть, что при абсолютно упругом ударе модуль скорости мяча не изменится, а направление изменится на противоположное. После снова перейти в систему отсчета, связанную с Землей. О том, как перейти в систему отсчета, связанную с движущимся телом, подробно описано в уроке. Проделайте все вышеуказанное и получите правильный ответ. А утверждение, что при абсолютно упругом ударе скорости тел складываются является неверным.

Исламия

Здравствуйте! Не совсем понятен один момент. В конспекте есть такие слова:"Итак, движение в двух системах отсчета. Посмотрите на рис. 2. Можно отметить, что мел движется вдоль линейки прямолинейно, стало быть, траектория будет прямая. А когда мы рассматриваем движение – мел в плоскости доски, то траектория будет представлять собой кривую линию. Говорить о пройденном пути в данном случае проще всего, т.к. пройденный путь – это есть длина траектории, следовательно, в системе отсчета, связанной с линейкой, пройденный путь будет меньше, чем пройденный путь в плоскости доски. Как видно из эксперимента, от выбора системы отсчета зависит и траектория движения тела, и пройденный путь." Не могу понять, почему мел движется вдоль линейки не криволинейно, а прямолинейно?