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Nella teoria della
R.S. si analizzano i concetti di spazio e di tempo
in relazione a sistemi di riferimento in moto rettilineo
ed uniforme con velocità costante.
Un sistema di riferimento
che si muove con velocità costante costituisce un sistema
inerziale.
I principi sui quali
si basa la teoria della R.S. sono:
1) Lo spazio
ed il tempo non sono assoluti ma relativi al sistema di riferimento
in cui ci troviamo
2) Le leggi della
fisica sono le stesse in qualsiasi sistema di riferimento inerziale
3) La velocità
della luce è costante in tutte le direzioni e per qualsiasi
sistema di riferimento inerziale
Per osservare
gli effetti della R.S. occorre avere sistemi di riferimento
che si muovono con velocità relativistiche, cioè
con velocità prossime alla velocità della luce
(c = 300.000 Km/sec).
Conseguenze della
teoria della R.S.
A)
Nulla può viaggiare a velocità superiori a quella
della luce.
Due
raggi di luce, emessi nello stesso istante di tempo dal Sole
e dall'astronave Enterprise che si muove nello spazio a una
certa velocità viaggiano alla velocità della luce
(C=300.000 Km/sc).
La velocità dell'astronave Entreprise e quella del fascio
i luce non si sommano
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Le
velocità sono relative al sistema di riferimento in cui ci si
trova.
Nel
pannello superiore Einstein è fermo e colpisce la palla
da baseball che acquista una data velocità
Nel pannello inferiore Einstein si muove su uno skateboard e
colpisce la palla da baseball che acquista una velocità
data dalla somma della velocità della mazza da baseball
e dello skateboard.
Le velocità si sommano.
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B)
Il tempo scorre molto più lentamente per sistemi di riferimento
in moto con velocità relativistiche
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Uno dei 2 gemelli (rappresentati nella grafica dall'autore) B,
all'età di 35 anni decide di partire verso una stella che
dista 8 anni-luce dalla Terra. Viaggiando su un'astronave, con
una velocità pari all'80% la velocità della luce,
egli arriva sulla stella dopo circa 10 anni. |
| In
questo momento sulla Terra sono trascorsi 16 anni per cui il suo
fratello gemello A è invecchiato di 6 anni rispetto il
gemello B. Dopo il viaggio di ritorno , che dura ancora 10 anni,
il gemello B ritrova sulla Terra il gemello A invecchiato di 32
anni, quando invece per il gemello B sono trascorsi solo 20 anni.
Viaggiando nello spaziotempo a velocità relativistiche
il tempo scorre molto più lentamente. |
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C) Due eventi che sono simultanei per un osservatore possono
non esserlo per un altro osservatore che si muove di moto rettilineo
e uniforme e con velocità costante
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A
- Due osservatori, Einstein in moto verso destra e Einstein in
quiete, si incontrano a metà strada quando si accendono
le luci di 2 fari.Come viene visto il fenomeno da 2 osservatori? |
B -
Einstein, che si muove verso destra, incontra per primo il fascio
di luce del faro di destra. |
C
- Einstein, che rimane immobile, viene illuminato nello stesso
istante dai due fari. |
| D
- Einstein, in moto verso il faro di destra, viene illuminato
dalla luce del faro di sinistra, che lo raggiunge ad un tempo
successivo. Quindi, Eistein in moto, e Eistein in quiete non hanno
osservato lo stesso fenomeno. |
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D)
Un osservatore che misura le lunghezze in un sistema di riferimento
in moto con velocità prossime a quella della luce ricava un
accorciamento delle lunghezze.
Man
mano che la velocità del moto di Einstein si approssima
alla velocità della luce, un osservatore fermo misura
un accorciamento della lunghezza di Eistein nella direzione
del moto. Questo effetto, della contrazione delle lunghezze
è tanto maggiore quanto più relativistica è
la velocità del moto.
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E)
Equivalenza tra massa ed energia: Einstein dimostrò che massa
ed energia sono la stessa cosa, l'una è manifestazione diversa
dell'altra, così come il ghiaccio è una forma diversa dell'acqua
liquida.
Esempio
1
L'energia
contenuta in un kg di massa è equivalente alla luce emessa
da una lampada da 100 watt per circa 30 milioni di anni!
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Esempio
2
L'energia che arriva dal Sole sulla superficie terrestre in
1 secondo determina un incremento della massa terrestre di circa
2 kg!e
viene irradiata nello spazio
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Esempio
3
Il Sole diventa ogni secondo meno massivo. Di fatto, circa 4
milioni di tonnellate di massa solare vengono trasformate ogni
secondo in energia che viene irradiata nello spazio.
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