Théorie de la relativité pour les nuls: le contenu expliqué simplement
Quand on pense à la théorie de la relativité, la formule E = mc² vient généralement à l'esprit. Cette astuce pratique vous expliquera en quoi consiste cette formule et ce que vous devez savoir sur la "relativité".
La théorie de la relativité expliquée simplement
La théorie de la relativité traite de l'espace, du temps et de la gravitation et a été un véritable jalon en physique. Beaucoup de choses comme la distorsion et le voyage dans le temps ont rendu un peu plus possible. Il est composé de deux théories.
- La théorie spéciale de la relativité. Il explique le comportement du temps et de l'espace du point de vue des observateurs.
- La théorie générale de la relativité. Il décrit la gravité comme la courbure du temps et de l'espace, créée par exemple par de grandes masses telles que les étoiles.
déclaration
En physique, un système de référence est appelé une structure spatio-temporelle, qui est nécessaire pour décrire exactement les processus dépendants de l'emplacement. Un système inertiel est un système de référence dans lequel des particules sans force se reposent ou traversent des trajectoires droites à vitesse constante. Par exemple, le temps passe plus lentement dans un système inertiel que dans un autre.
- Selon la théorie spéciale de la relativité d'Einstein, tous les systèmes inertiels sont de nature égale. Si le temps passe plus vite dans un système que dans un autre, les deux propriétés s'appliquent. Le temps passe plus vite et en même temps normalement.
- Cependant, il faut noter qu'aucun système, objet ou particule ne peut être plus rapide que la lumière. À 299792, 458 km / s, la vitesse de la lumière (c) est une limite supérieure de vitesse. Malheureusement, piloter un vaisseau spatial à "deux fois la vitesse de la lumière" dans certains films de science-fiction n'est pas possible.
E = mc² - cela signifie la formule
Presque tout le monde les connaît, mais personne ne sait vraiment les utiliser: on parle de la fameuse formule E = mc². Avec cela, l'énergie peut être calculée en fonction de la masse relative.
- Selon Einstein, l'énergie et la masse (par exemple avec des particules) sont équivalentes.
- L'énergie totale (E) peut être calculée en utilisant la formule E = mc² avec m = m ': √ (1 - v²: c²). Dans ce cas m 'est la masse au repos. Cependant, la formule ne peut pas être appliquée à la physique "classique", mais ne s'applique qu'à la physique relativiste.
La théorie de la relativité: que sont la dilatation du temps et la contraction de la longueur?
Selon la vitesse (d'un objet), le temps (qui passe par rapport à l'observateur) ou la longueur (de l'objet) peuvent être influencés. Le temps et la durée dépendent de la vitesse.
- Plus un objet se déplace rapidement dans l'espace, plus le temps passe lentement par rapport à un observateur au repos. Même à proximité de grandes foules, le temps passe plus lentement. Vous pouvez trouver des informations plus détaillées dans notre article sur la «dilatation du temps».
- Lorsqu'un objet se déplace à grande vitesse dans l'espace, sa longueur (dans le sens de la vitesse) est également compressée. Ici aussi, vous trouverez un article séparé traitant de la contraction de la longueur.
Courbure de l'espace et du temps: grandes masses dans l'espace
Enfin, nous aimerions nous consacrer aux grandes masses dans l'espace (comme une planète).
- Comme vous le savez déjà dans notre article sur la dilatation du temps, le temps passe plus lentement à proximité de grandes masses.
- De grandes masses, comme une étoile, l'espace de courbure (et le temps). Vous pouvez considérer ce phénomène comme un grand tissu qui se "plie" lorsque vous y mettez quelque chose de lourd comme une pastèque. L'espace-temps est incurvé de façon similaire. Cela signifie que la lumière est également déviée par de grandes masses.
Théorie de la relativité d'Einstein: vous devriez pouvoir utiliser ces formules
De nombreuses formules différentes sont utilisées en physique relativiste. Nous vous montrerons les plus importants que vous devriez connaître.
$config[ads_text5] not found- La formule pour le temps relatif est ∆t '= ∆t: √ (1 - v²: c²). Dans cet exemple, nous aimerions calculer combien de secondes passent dans un système qui se déplace à 200000 km / s: ∆t '= 5s: √ (1 - (200000000 m / s) ²: (299792458 m / s) ² ) ≈ 6, 712 s. Cela signifie que si 5 secondes passent dans un système accéléré, environ 7 secondes passent dans un système stationnaire! À la vitesse de la lumière, il y aurait un 0 dans le dénominateur, ce qui donnerait ∞.
- La formule pour la contraction de longueur est l = l '⋅ √ (1 - v²: c²). La longueur relative dépend de la longueur de base et de la vitesse. À la vitesse de la lumière, la longueur serait de 0!
- Vous connaissez également la formule E = mc² avec m = m ': √ (1 - v²: c²) de cet article.
- Enfin, il existe la formule de l'effet Doppler relativiste (pour les professionnels). Vous remarquerez l'effet Doppler lorsque, par exemple, une voiture de police avec une sirène passe devant vous. Ce phénomène peut être appliqué de manière analogue à la physique relativiste: la fréquence dépend de la vitesse. Si l'émetteur et le récepteur d'ondes électromagnétiques (par exemple la lumière) s'éloignent l'un de l'autre, la fréquence est modifiée. Ce qui suit s'applique: f '= f ⋅ √ ((1 - v: c): (1 + v: c))
- Si vous maîtrisez ces formules de base, vous pouvez déjà résoudre de nombreux problèmes relativistes.