Специальная теория относительности описывает закономерности движения тел и физических процессов в инерциальных системах отсчёта при скоростях, сравнимых со скоростью света. Она основана на двух постулатах: первый утверждает, что все законы физики одинаковы во всех инерциальных системах отсчёта, а второй — что скорость света в вакууме одинакова для всех инерциальных наблюдателей и не зависит от движения источника света или наблюдателя. Скорость света в вакууме является предельной скоростью передачи взаимодействий и информации: c = 3 · 10^8 м/с. Согласно теории относительности, при движении тела с большой скоростью относительно наблюдателя его время замедляется, а продольные размеры сокращаются. Эти эффекты становятся заметными при скоростях, близких к скорости света. Для описания релятивистских эффектов используется коэффициент γ = 1 / √(1 − v²/c²), где v — скорость тела в м/с, c — скорость света в вакууме в м/с, γ — безразмерная величина. Например, часы на космическом корабле, движущемся с большой скоростью относительно Земли, идут медленнее с точки зрения земного наблюдателя. Типичная ошибка учеников — считать, что скорость света зависит от скорости движения источника или что постулаты теории относительности справедливы только для наблюдателей, находящихся в покое.
Выберите ответ в каждом вопросе и нажмите «Проверить ответы» — появятся правильные ответы и пояснения.
1. Какой принцип утверждает первый постулат специальной теории относительности?
2. В чём заключается второй постулат специальной теории относительности?
3. Чему приблизительно равна скорость света в вакууме в системе СИ?
4. В какой системе отсчёта справедлив первый постулат специальной теории относительности?
5. Космический корабль удаляется от Земли со скоростью 0,6c и испускает световой сигнал в направлении своего движения. Какова скорость сигнала относительно Земли?
6. Как изменяется ход движущихся часов относительно неподвижного наблюдателя при скоростях, близких к скорости света?
8. Световой сигнал распространяется в вакууме в течение 2 секунд. Какое расстояние он проходит?
9. Как изменяется длина тела вдоль направления его движения относительно наблюдателя, если тело движется с релятивистской скоростью?
10. Космический корабль движется относительно Земли со скоростью 0,6c. Сколько времени по земным часам проходит, если собственное время на корабле составляет 8 секунд?
11. Два наблюдателя находятся в разных инерциальных системах отсчёта. Один из них движется относительно другого. Как они измерят скорость одного и того же светового сигнала в вакууме?