Ένα εύκολο πρόβλημα κινηματικής

relativity_problemΈνα διαστημόπλοιο ξεκινάει από τη βάση του τη χρονική στιγμή t=0 και κινείται ευθύγραμμα με σταθερή επιτάχυνση α=10 m/s2, ως προς το δικό του σύστημα αναφοράς.

Το τεχνικό προσωπικό της βάσης περιμένει έναν ολόκληρο χρόνο και την χρονική στιγμή t1=365,2 ημέρες, στέλνει ένα φωτεινό σήμα προς το διαστημόπλοιο (η ταχύτητα του φωτός είναι c=3∙108m/s).

Το ερώτημα είναι αν το φωτεινό σήμα θα συναντήσει ή όχι το διαστημόπλοιο.

Δυο φοιτητές Α και Β που προσπαθούν να λύσουν το πρόβλημα διαφωνούν μεταξύ τους.

Κάνοντας υπολογισμούς, ο φοιτητής Α βρίσκει ότι εφόσον το σήμα σταλεί μετά από την χρονική στιγμή t=c/α = 347,2 ημέρες, τότε η φωτεινή δέσμη δεν φτάνει ποτέ το διαστημόπλοιο.

Δεδομένου ότι το σήμα στάλθηκε την χρονική στιγμή t1=365,2 ημέρες > 347,2 ημέρες, καταλήγει στο συμπέρασμα ότι το σήμα δεν θα φτάσει ποτέ στο διαστημόπλοιο.

Ο φοιτητής Β σκέπτεται ως εξής. Σύμφωνα μ’ αυτόν το διαστημόπλοιο μπορεί μεν να εκτελεί επιταχυνόμενη κίνηση, αλλά αποκλείεται να φτάσει και να ξεπεράσει την ταχύτητα του φωτός. Έτσι, το φωτεινό σήμα θα έχει πάντα μεγαλύτερη ταχύτητα από το προπορευόμενο διαστημόπλοιο, οπότε σε κάποια πεπερασμένη χρονική στιγμή θα το φτάσει.

Τι θα συμβαίνει τελικά;

(νεώτερη ενημέρωση 12 – 4 – 2014)
Τελικά, η γενικότερη αίσθηση που επικρατεί είναι ότι το φως μπορεί να φτάσει τα πάντα … Είναι όμως έτσι τα πράγματα; Πάρτε μια γεύση διαβάζοντας το άρθρο: «Είναι δυνατόν να ξεφύγουμε από μια ακτίνα φωτός;«



Κατηγορίες:ΦΥΣΙΚΗ

3 replies

  1. Να ρωτήσω κάτι; Πως γίνεται να κινείται επιταχυνόμενα ως προς το δικό του σύστημα αναφοράς;

    • επειδη το προβλημα ειναι σχετικιστικο δεν μπορουν να χρησιμοποιηθουν μη αδρανειακα συστηματα αναφορας (διαφορετικα δεν ειναι δυνατη η μελετη του) και ετσι οριζει ενα αδρανειακο συστημα αναφορας ως προς το οποιο το διαστημοπλοιο επιταχυνεται

  2. Σκεπτόμενος με όρους κλασικής μηχανικής, ο πρώτος φοιτητής υπολογίζει το χρόνο που ένα σώμα με τη δεδομένη επιτάχυνση χρειάζεται για να φτάσει την ταχύτητα του φωτός. Όμως τα πράγματα δεν είναι έτσι.

    Η μάζα ταχέως κινουμένων σωμάτων αυξάνει όσο αυξάνει η ταχύτητά τους. Συνεπώς για να μπορέσει ένα σώμα να διατηρήσει σταθερή επιτάχυνση θα πρέπει διαρκώς να αυξάνει το μέτρο της δύναμης που το επιταχύνει, ώστε να αντισταθμίζεται η σχετικιστική αύξηση μάζας. Όταν όμως η ταχύτητα του σώματος (διαστημόπλοιο) προσεγγίζει την ταχύτητα του φωτός η μάζα του τείνει στο άπειρο, άρα θα πρέπει να τείνει στο άπειρο και η δύναμη που το προωθεί -πράγμα αδύνατο.

    Η αρχική παραδοχή ότι το διαστημόπλοιο μπορεί να επιταχύνει σταθερά επ’ αόριστον είναι παραπλανητική. Η σχετικιστική αύξηση της μάζας του καθιστά κάτι τέτοιο ανέφικτο.

Σχολιάστε

Ο ιστότοπος χρησιμοποιεί το Akismet για την εξάλειψη των ανεπιθύμητων σχολίων. Μάθετε πως επεξεργάζονται τα δεδομένα των σχολίων σας.