Einstein i teorija relativnosti: ključni pojmovi fizike
Albert Einstein
- Tvorac teorije relativnosti (zanemaren efekt akceleracije i gravitacije)
- Tromost tijela ovisi o njegovoj energiji (E = mc2)
- Objasnio je fotoefekt i Brownovo gibanje
- Dobitnik Nobelove nagrade za objašnjenje fotoefekta i doprinos teorijskoj fizici
Michelson-Morleyev eksperiment
- Koristili su njegov interferometar koji može registrirati vrlo male promjene brzine svjetlosti
- Zbog gibanja Zemlje (30 km/s) očekivala se promjena slike interferencije pri rotaciji uređaja, ali slika interferencije uvijek ostaje ista
- To dokazuje da brzina svjetlosti ne ovisi o brzini gibanja sustava iz kojeg je promatramo
Problem istodobnosti
- Promatrač u vlaku (S'): svjetlosni impuls istovremeno stiže u točke A i B
- Promatrač izvan vlaka (S): svjetlosni impuls prvo stiže u točku A pa u točku B
- Ako je brzina svjetlosti u oba sustava ista, onda vrijeme u oba sustava ne teče jednako
Einsteinovi postulati relativnosti
Specijalna teorija relativnosti počiva na dva postulata:
- Princip relativnosti: svi zakoni fizike isti su u svim inercijalnim referentnim sustavima
- Konstantnost brzine svjetlosti: brzina svjetlosti u vakuumu ima istu vrijednost, c = 3 × 108 m/s, u svim inercijalnim sustavima, bez obzira na brzinu promatrača ili izvora svjetlosti
Kontrakcija duljine
Pojava u kojoj je duljina objekta kraća od njegove vlastite duljine za promatrača u odnosu na kojeg se objekt kreće.
Dilatacija vremena
Svaki motritelj uočava da vrijeme teče sporije u drugim inercijskim sustavima koji se gibaju u odnosu prema njemu. Motritelj na svemirskom brodu kaže da vrijeme na Zemlji teče sporije nego kod njega, a onaj sa Zemlje tvrdi da vrijeme na svemirskom brodu teče sporije nego na Zemlji.
Zbrajanje brzina
v' = brzina tijela u sustavu S', v = brzina tijela u sustavu S, u = brzina sustava S' u odnosu na S.
Količina gibanja
Fizikalna veličina u klasičnoj mehanici koja opisuje gibanje čestice; umnožak mase i brzine: p = m · v (kg·m/s)
Kirchhoffov zakon zračenja
- Svako tijelo emitira elektromagnetske valove (toplinsko zračenje)
- Tijelo obasjano EM valovima dio zračenja reflektira, dio apsorbira, a dio transmitira
- Tijelo koje dobro apsorbira zračenje dobro ga i emitira (E0 = Eabs + Eref + Etrans)
- Crno tijelo u potpunosti apsorbira elektromagnetsko zračenje kojim je obasjano, pa ga i najviše emitira
Štefan-Boltzmannov zakon zračenja
- Intenzitet zračenja proporcionalan je T4 (intenzitet zračenja kojim idealno crno tijelo zrači s jedinične površine u jedinici vremena proporcionalan je četvrtoj potenciji termodinamičke temperature)
- Snaga koju tijelo zrači s površine S: I = P/S, P = σST4
Wienov zakon zračenja
- Idealno crno tijelo pri svakoj temperaturi ima neku valnu duljinu λm (λm · T = k) pri kojoj je zračenje najjače
- Kada je zračenje najjače, valna duljina je najmanja, a temperatura sve viša
- Spektar zračenja ovisi o temperaturi: povećanjem temperature intenzitet raste, a maksimum se pomiče ulijevo
Planckova hipoteza
- Molekule mogu apsorbirati i emitirati energiju samo u obliku diskretnih vrijednosti, tzv. kvanta
- Energija kvanta (fotona) proporcionalna je frekvenciji zračenja f: E = hf (h = Planckova konstanta)
- Energija više kvanata: Euk = nhf
- Foton nema energiju mirovanja (E0 = 0)
- Količina gibanja fotona: p = h/λ, odnosno p = E/c