Seuraa 
Viestejä1285

Sanotaan, että valon nopeus on suurin mahdollinen nopeus, mutta mihin nähden valon nopeus? Olisiko valon nopeuden avulla mahdollista määrittää esim. Maan absoluuttinen nopeus?

Mihin nähden valon nopeutta kulkee (miltein) valon nopeudella liikkuvan taskulampun valo?

Sivut

Kommentit (30)

Haetko tässä nyt Machin ajatusta että jos on tyhjä avaruus, ja sinä kellut siellä. Niin mistä tiedät olevasi liikkeellä. tai jotain tämän tyylistä?

salai
Seuraa 
Viestejä8027

ilaiho: Et ole kumonnut mitään, etkä ole ensimmäinen joka tuollaisia kyselee.
Suhteellisuusteoria

Historiallisesti ajatellen erityinen suhteellisuusteoria sai alkunsa 1800-luvun loppupuolella, jolloin kuuluisa Michelson-Morleyn koe aiheutti päänvaivaa sen ajan tieteelliselle yhteisölle. Koe tehtiin vuonna 1887 ja sen mukaan ei voitu havaita kaiken kattavaa eetteriä, jonka suhteen valo liikkuisi vakionopeudella. Einsteinin olettamus, että valonnopeus on havaitsijan liiketilasta riippumaton luonnonvakio, johti siihen, että koordinaatistolla ja ajalle täytyy tehdä muunnos havaitsijan liiketilasta riippuen.

Eli voithan toistaa tuon kokeen ja mitata sen avulla maan absoluuttisen nopeuden. Tulet varmaan johtopäätökseen, että maapallo on maailmankaikkeuden napa, koska valonnopeus joka suuntaan on sama, eikä maapallo näytä liikkuvan minnekään päin.

Mitä tahansa edellä esitetyistä väitteistä saa epäillä ja ne voidaan muuttaa toisiksi ilman erillistä ilmoitusta. Kirjoittaja pyrkii kuitenkin toimimaan rehellisesti ja noudattamaan voimassa olevia lakeja.

Sisältö jatkuu mainoksen alla
Sisältö jatkuu mainoksen alla
Herra Tohtori
Seuraa 
Viestejä2613
ilaiho
Sanotaan, että valon nopeus on suurin mahdollinen nopeus, mutta mihin nähden valon nopeus? Olisiko valon nopeuden avulla mahdollista määrittää esim. Maan absoluuttinen nopeus?

Mihin nähden valon nopeutta kulkee (miltein) valon nopeudella liikkuvan taskulampun valo?

"Yksinkertaista". Heittomerkeissä siksi, että vaikka asia sinällään on yksinkertainen, sen ymmärtäminen ei aina sitä ole...

Suhteellisuusteoria perustuu siihen yksinkertaiseen oletukseen että kaikki havaitsijat mittaavat luonnon ilmiöitä samalla tavalla. Sähkömagnetismin lakien mukaan fotonia ei kuitenkaan voi havaita jos se on pysähtynyt havaitsijaan nähden, koska pysähtynyttä fotonia ei voi olla olemassa. Tästä johtuen kaikki havaitsijat mittaavat valon nopeudeksi saman vakioarvoisen luvun c.

Miltei valon nopeudella kulkevan taskulampun valo kulkisi taskulampun päällä istuvan muurahaisen mielestä valon nopeudella. Jos taskulamppu puolestaan liikkuisi mainitulla miltei (miksi sulut?) valon nopeudella suhteessa toiseen muurahaiseen, tämä muurahainenkin mittaisi taskulampun säteilemän valon nopeudeksi vakioarvoisen luvun c.

Tämän muurahaisen mielestä taskulampun säteilemillä fotoneilla ei kuitenkaan olisi vakiotaajuus, vaan se riippuisi siitä, lähestyykö vaiko loittoneeko taskulamppu.

Tämä on siis melko pelkistetty esitys siitä mitä tapahtuu.

Capito tutto, perchè sono uno
Persona molto, molto intelligente...

-Quidquid latine dictum sit, altum viditur.

If you stare too long into the Screen, the Screen looks back at you.

ilaiho

Mihin nähden valon nopeutta kulkee (miltein) valon nopeudella liikkuvan taskulampun valo?

No tota ... kelloon ja mittakeppiin nähden.

jartsa
ilaiho

Mihin nähden valon nopeutta kulkee (miltein) valon nopeudella liikkuvan taskulampun valo?





No tota ... kelloon ja mittakeppiin nähden.

Niin siis katsos kun oikeaoppisesti mitataan, niin aika katsotaan kellosta, matka mittakepistä
ja mittakeppi ja kello näyttävät molemmat nolla nopeutta.

mielenkiintoista!

mehän mittaamme asioiden suhteellisuutta suhteessa toisiinsa. Koska on olemassa ääretön, on olemassa suhteellisuus; etäisyydenavaruus, ajan ikuisuus, mmm.. ääretön nopeus? Entäs sitten pysähtyneisyys? eikö se ole äärettömän toinen pää?, vai voiko pysähtyneisyyteen mennä vielä sisään jolloin kaikki alkaa menemään toiseen suuntaan.. aika, nopeus etäisyys.. Mmmh nolla ja 1 tässäkin. Numerothan ilmoittavat tavallaan kahden välejä jotka ovat suhteessa toisiinsa, ja jotka perustuvat nollaan/äärettömän suureen; tai koska se on olemassa, on olemassa numerot. Ajattelu on muuten nopeampi kuin valo; ajattelen ensin maata, ja sitten ajattelen aurinkoa. 2 sekuntia, kun valolla kestää 8minuuttia. Ajattelu on tavallaan valoa, koska se valaisee ideat ja asiat sellaisenaan.

Mikähän ihme dogmi sekin on että valon nopeutta ei voida ylittää.. hehe..

Herra Tohtori
Seuraa 
Viestejä2613

Aika kauan kestää kurremiehellä vaihtaa ajatus Maasta Aurinkoon. Kyllä täytyy kunnioittaa sitä että joku jaksaa noin pitkän viestin kirjoittaa vaikka kahden käsitteen ajattelemisen välilläkin kuluu kaksi sekuntia...

Capito tutto, perchè sono uno
Persona molto, molto intelligente...

-Quidquid latine dictum sit, altum viditur.

If you stare too long into the Screen, the Screen looks back at you.

Joku on vissiin joskus sanonut, ettei voida päätellä onko kappale levossa vai tasaisessa liikkeessä. Entä jos tietyn massaisessa kappaleessa sattuu olemaan tietyn tehoinen rakettimoottori ja kiihtyvyysmittari. Eikös se absoluuttinen alkunopeus selviä yksinkertaisella jakolaskulla v=P/ma.

Onkohan koskaan mitattu, miten valolle/säteilylle tulee doppler-siirtymää, kun havaitaan samanlaista säteilyä monesta eri suunnasta paikallaan suhteessa säteilynlähteeseen? Eli elektromagn. säteilyhän säilyttää nopeutensa (tyhjiössä siis...) vaikka mikä olisi, mutta sen aallonpituus/taajuus kyllä muuttuu riippuen säteilylähteen/havaitsijan nopeudesta. Voisiko tässä olla tapa mitata absoluuttista nopeutta?

Laitetaan esim. satelliitti avaruuteen emittoimaan vaikka radioaaltoja. Satelliitin ympärille laitetaan vakioetäisyydellä pysytteleviä minisatelliitteja havaitsemaan säteily ja sen doppler-siirtymä. Tällöin havaittaisiin ainakin satelliittin kiertonopeus Maan ympäri, Maan kiertonopeus Auringon ympäri ja Auringon kiertonopeus Linnunradan keskuksen ympäri, tai siis noiden liikkeiden yhdistetty nopeusvektori. Eikö tuo säteilyn doppler-siirtymä ole tavallaan riippumaton koordinaatistoista?

Herra Tohtori
Seuraa 
Viestejä2613
muovipussieläin
Joku on vissiin joskus sanonut, ettei voida päätellä onko kappale levossa vai tasaisessa liikkeessä. Entä jos tietyn massaisessa kappaleessa sattuu olemaan tietyn tehoinen rakettimoottori ja kiihtyvyysmittari. Eikös se absoluuttinen alkunopeus selviä yksinkertaisella jakolaskulla v=P/ma.

Ei selviä. Liittyy siihen, miten moottorin teho määritellään. Rakettimootorille ei kerta kaikkiaan voi määritellä tehoa muuten kuin siinä tilanteessa, jossa raketti liikkuu vakionopeudella ja vastusvoima on yhtä suuri kuin työntövoima - silloin voidaan määrittää raketille teho. Vakiokiihtyvyyden aikaansaavan rakettimoottorin tehon määrittäminen on hyödytöntä ja jopa mahdotonta.

Jos kappale liikkuu vakiokiihtyvyydellä, voidaan saada selville nopeus jossakin inertiaalikoordinaatistossa hetkellä t.

a=dv/dt

F=ma

a=F/m

dv/dt=F/m

dv=F/m dt

v=F/m * t + C

Tuo C on tärkeä, sillä sillä tavallaan valitaan inertiaalikoordinaatisto. Ts. jos oletetaan että hetkellä nolla nopeus on nolla [jossakin tietyssä inertiaalikoordinaatistossa] niin C=0. Jos koordinaatisto onkin erilainen, nopeus voi olla siinä koordinaatistossa nolla jonakin muuna hetkenä kuin nolla...

Toisin sanottuna kappaleen nopeus v kuuluu joukkoon [-c, c] riippuen koordinaatistosta, jossa mittaus suoritetaan...

Capito tutto, perchè sono uno
Persona molto, molto intelligente...

-Quidquid latine dictum sit, altum viditur.

If you stare too long into the Screen, the Screen looks back at you.

Joo, kyllähän minä tiesin ettei pitäisi selvitä, mutta en aivan tarkalleen tiennyt MIKSI ei selviä. Selvensit tilannetta hieman.

Eikö sen tehon voi selvittää myös polttoaineen energiasisällön, syöttönopeuden ja hyötysuhteen avulla? Onko tehon määrittelyongelma se, mihin homma kaatuu vai mikä?

Eihän tässä vakiokiihtyvyyden aikaansaava moottori ole kyseessä vaan vakiotehon. Kiihtyvyys pienenee kohti nollaa nopeuden kasvaessa kohti valonnopeutta.

Olen melko varma, ettet ole kumonnut liikkeen suhteellisuutta. Voin olla väärässä, mutta todistustaakka tässä asiassa on sinulla. Kerran tosin luulin olleeni väärässä, mutta se olikin erehdys. (Heh, lainasin tässä jotain itseäni nokkelampaa, jonka nimeä en nyt valitettavasti muista).

muovipussieläin
Joo, kyllähän minä tiesin ettei pitäisi selvitä, mutta en aivan tarkalleen tiennyt MIKSI ei selviä. Selvensit tilannetta hieman.

Eikö sen tehon voi selvittää myös polttoaineen energiasisällön, syöttönopeuden ja hyötysuhteen avulla? Onko tehon määrittelyongelma se, mihin homma kaatuu vai mikä?

Eihän tässä vakiokiihtyvyyden aikaansaava moottori ole kyseessä vaan vakiotehon. Kiihtyvyys pienenee kohti nollaa nopeuden kasvaessa kohti valonnopeutta.

No aina löytyy joku esine jonka suhteen kiihtyvyys paranee kun kaasua painaa.

muovipussieläin
Joo, kyllähän minä tiesin ettei pitäisi selvitä, mutta en aivan tarkalleen tiennyt MIKSI ei selviä. Selvensit tilannetta hieman.

Eikö sen tehon voi selvittää myös polttoaineen energiasisällön, syöttönopeuden ja hyötysuhteen avulla? Onko tehon määrittelyongelma se, mihin homma kaatuu vai mikä?

Eihän tässä vakiokiihtyvyyden aikaansaava moottori ole kyseessä vaan vakiotehon. Kiihtyvyys pienenee kohti nollaa nopeuden kasvaessa kohti valonnopeutta.

No kun esineen A kiihtyvyys esineen B suhteen pienenee nopeuden kasvaessa, niin
esineen B kiihtyvyys esineen A suhteen pienenee.

Herra Tohtori
Seuraa 
Viestejä2613
muovipussieläin
Joo, kyllähän minä tiesin ettei pitäisi selvitä, mutta en aivan tarkalleen tiennyt MIKSI ei selviä. Selvensit tilannetta hieman.

Eikö sen tehon voi selvittää myös polttoaineen energiasisällön, syöttönopeuden ja hyötysuhteen avulla? Onko tehon määrittelyongelma se, mihin homma kaatuu vai mikä?

Eihän tässä vakiokiihtyvyyden aikaansaava moottori ole kyseessä vaan vakiotehon. Kiihtyvyys pienenee kohti nollaa nopeuden kasvaessa kohti valonnopeutta.

Ei kiihtyvyys kappaleen itsensä mielestä pienene. Sen sijaan ulkopuolinen, kiihtyvyyksiä kokematon havaitsija voi mitata kappaleen nopeudeksi korkeintaan c:n omassa koordinaatistossaan. Kappaleen itsensä mielestä kiihtyvyys pysyy koko ajan vakiona - koska kappaleen osalta ajan kulku hidastuu.

Tehon määrittelyongelmaan ei homma sinänsä kaadu - tehosta vain ei ole mitään syytä puhua kun on kyseessä avaruusalus.

Aatteleppa ite. Jos avaruudessa vaikkapa hirsimökin massainen raketti saa rakettimoottorin tuottaman kiihtyvyyden g, niin silloin rakettimoottori kohdistaa rakettiin yhtä suuren voiman kuin hirsimökin perusta kohdistaa hirsimökkiin täällä maassa. Tekeekö hirsimökin perusta siis yhtä paljon työtä kuin rakettimoottori, hmm? Eipä tietenkään, koska hirsimökki ei meidän koordinaatistossamme liiku. Mutta mikä sitten on ero näiden kahden kappaleen välillä? Miksi toinen ilmiselvästi tekee työtä mutta toinen ei?

Kyse on taas koordinaatistojen erilaisuudesta. Jos avaruudessa olisi vapaassa putoamisliikkeessä havaitsija, hän kyllä selkeästi havaitsisi että rakettimoottori tekee työtä. Hänkään ei kuitenkaan voisi mitata vakiotehoa moottorille... tätä aihetta on käsitelty enemmälti ketjussa "Suikumoottorin teho" (rakettimoottorille voi toki hankalasti halutessaan määrittää tehon, mutta se ei paljon auta raketin liikkeen määrittämisessä*). Toisaalta, myös täällä Maassa vapaassa putoamisliikkeessä oleva havaitsija tietyllä tavalla mittaisi, että hirsimökin perusta antaa hirsimökille liike-energiaa ja tavallaan siis "tekee työtä". Hirsimökki voi tämän havaitsijan mielestä saada jopa niinkin paljon liike-energiaa, että törmätessään havaitsijaan aiheutuu vakavia vaurioita sekä mökin kattorakenteelle että onnettomalle havaitsijalle.

Huomaamme että energiassa (erityisesti liike-energiassa ja potentiaalienergiassa) kysymys on erittäinkin oleellisesti siitä, kuka energioita mittaa ja missä koordinaatistossa. Kun fysikaalisessa tehtävässä valitaan jokin koordinaatisto lepokoordinaatistoksi, tavallaan asetutaan tuon koordinaatiston origoon havaitsemaan tapahtumia.

*Jos teho lasketaan näin, saadaan kyllä tietty vakioteho tuloksena. Ongelmia syntyy, jos tätä aletaan käyttämään liikkeen ratkaisemisessa. Ulos tuupattu energia ei nimittäin ole sama kuin raketin liike-energia sen jälkeen kun kaikki polttoaine on käytetty.

Jos nyt esimerkkinä lasketaan polttoaineen määräksi 10 000 kg vetyä ja 79365,08 kg happea , energiasisällöksi tulee vedyn energiasisältö... joka on noin 119 MJ/kg. Tämän perusteella raketti siis tuottaisi energiaa 11 900 000 MJ kertaa hyötysuhde. Tätä ei luonnollisestikaan voi suoraan muuttaa liike-energiaksi... koska polttoaineen loputtua raketin massa on huomattavasti pienempi kuin aluksi, ja muutenkin törmättäisiin tiettyihin ongelmiin.

Käytännössä vakioteholla toimiva moottori saa aikaan kasvavan kiihtyvyyden, mutta siihen on nyt turha puuttua, vallankin kun tehosta ei ole mitään mieltä puhuakaan. Ainakin ulkopuolinen havaitsija mittaa rakettimoottorin tekemää työtä hyvinkin erikoisella tavalla...

Raketin loppunopeus saadaankin helpoiten laskettua yhtälöstä p1=p2, jossa p1 = m*v eli raketin omamassa m kertaa loppunopeus v ja p2=mP*vP, eli polttoaineiden massa kertaa palamistuotteiden lähtönopeus.

Tarkemmin raketin liikettä kuvaa Tsiolkovskin rakettiyhtälö, mutta tärkeää on se, että liikemäärä säilyy. Palamistuotteiden lähtönopeus taas on verrattain hankalaa laskea pelkän polttoaineen energiasisällön avulla. Helpommalla päästään kun vaan yksinkertaisesti mitataan kuinka suuren voiman moottori tuottaa.

Capito tutto, perchè sono uno
Persona molto, molto intelligente...

-Quidquid latine dictum sit, altum viditur.

If you stare too long into the Screen, the Screen looks back at you.

Tiedemiehet ajattelavat liikaa maksimaalista nopeutta valonnopeudeksi. Se on oikeasti vain maksimaalinen nopeus jota esim radio yms aallot myös kulkevat, ja c:tä voitaisiin kutsua radionopeukseksi. Ja sanottiin että fotoni ei voi olla pysähtynyt. No jos sen nopeutta voidaan hidastaa muutamiin kymmeniin kilometreihin tunnissa ei ole todistettu että sitä ei voisi pysäyttää.

Herra Tohtori
Seuraa 
Viestejä2613

Tutustu maxwellin sähkömagnetismia kuvaaviin yhtälöihin niin tajuat, miksei fotoni voi olla pysähtynyt mihinkään havaitsijaan nähden eli mikään havaitsija ei voi kulkea valon nopeudella suhteessa mihinkään.

Vaihtoehtoisesti voit jättää tutustumatta tarkemmin näihin yhtälöihin ja olettaa että väite pitää paikkansa. Ai niin, Maxwellin yhtälöt ovat erikoistapauksena osa teoriaa nimeltä QED, joka kuvaa sähkösiä vuorovaikutuksia nykyisistä teorioista tarkimmin.

Lisäksi fotoni kulkee aina nopeudella c. Väliaineessa kulkiessa summa-aallon fotonit välillä vuorovaikuttavat elektronien kanssa, mikä näennäisesti hidastaa valon kulkua. Yksittäinen fotoni liikkuessaan elektronien välisessä tyhjössä kulkee nopeudella c. Tasainen aine hidastaa summa-aallon kulkua tasaisesti, jolloin syntyy illuusio valon kulun hidastumisesta - vaikka kyseessä on vain keskinopeuden hidastuminen. Vähän sama ilmiö kuin että bussi kulkee nopeammin jos sen ei tarvitse pysähtyä niin monelle pysäkille. Kuitenkin pysäkkien väli kuljetaan samalla nopeudella (c=nopeusrajoitus), siis jos keli on hyvä...

Capito tutto, perchè sono uno
Persona molto, molto intelligente...

-Quidquid latine dictum sit, altum viditur.

If you stare too long into the Screen, the Screen looks back at you.

Kiitokset herra tohtorille selkeästä vastauksesta. Ymmärsinkö nyt oikein, että raketti voi ylläpitää vakiokiihtyvyyttä kuinka kauan tahansa jos vain polttoainetta riittää? (Esim. alus joka kerää avaruudesta hiukkasia polttoaineeksi). Ja fysiikan lakeja ei rikota, koska koordinaatisto muuttuu koko ajan? Nopeuden muutos voi siis olla vaikkapa 100*c aluksen näkökulmasta?

Herra Tohtori
Seuraa 
Viestejä2613
muovipussieläin
Kiitokset herra tohtorille selkeästä vastauksesta. Ymmärsinkö nyt oikein, että raketti voi ylläpitää vakiokiihtyvyyttä kuinka kauan tahansa jos vain polttoainetta riittää? (Esim. alus joka kerää avaruudesta hiukkasia polttoaineeksi). Ja fysiikan lakeja ei rikota, koska koordinaatisto muuttuu koko ajan? Nopeuden muutos voi siis olla vaikkapa 100*c aluksen näkökulmasta?

Ömmh, ei se ihan niinkään mene.

Mikään havaitsija ei voi mitata c:tä suurempaa nopeutta millekään. Katsotaanpa nyt vielä mitä oikeastaan tapahtuu kun avaruusalus ja sisällä oleva havaitsija kiihdyttävät...

Paikalleen jäävä havaitsija havaitsee seuraavaa: Aluksen vauhti kyllä kiihtyy koko ajan, mutta kiihtyvyys näyttää pienenevän koko ajan valon nopeutta lähestyttäessä. Tämän lisäksi paikalleen jäävä havaitsija havaitsee, että liikkeellä olevan aluksen peräpeilissä olevan kellon viisarien liike hidastuu hidastumistaan, kun lähestytään nopeutta c.

Aluksessa oleva havaitsija havaitsee seuraavaa: Kiihtyvyys tuntuu koko ajan vakiolta. Lisäksi aluksessa oleva havaitsija havaitsee kuljetun matkan lyhentymisen (joka itse asiassa johtuu vain siitä, että nopeuden muutoksia kokevan kappaleen aika hidastuu...).

Yksinkertaistetaan tilannetta hieman sanomalla, että avaruusalus kulkee tasaisella nopeudella 0,87 c.

Tällöin paikallaan oleva havaitsija mittaa ajan kulkevan avaruusaluksen osalta nopeudella, joka on puolet hänen omasta ajastaan. Ts. kun havaitsijan kello mittaa kaksi yksikköä, aluksen kello mittaa vain yhden yksikön.

Jos aluksen on tarkoitus lentää vaikkapa kymmenen valovuoden päähän, matka kestää ulkopuolisen havaitsijan mielestä noin 11,5 vuotta. Aluksessa olevan havaitsijan mielestä aikaa kuluu kuitenkin vain 5,75 vuotta. Tämä johtuu edellä mainitusta ajan hidastumisesta. Kuitenkin koska aluksessa oleva matkustaja ei voi mitata nopeudekseen suurempaa nopeutta kuin valon nopeus, hän mittaa kuljetun matkan (näennäisen) lyhenemisen. Hänen mielestään aluksen kulkema matka on vain 5 valovuotta. Sekä paikalleen jäävä havaitsija että aluksessa oleva matkustaja mittaavat paikalleen jääneen havaitsijan lepokoordinaatistossa aluksen nopeudeksi 0,87 c - Havaitsijat vain mittaavat ajan kulumista ja matkoja vähän eri tavalla.

Suppea suhteellisuusteoria on nimenomaansitä, suppea; tässä maailmassa hyvin harvat avaruusalukset liikkuvat kovin pitkiä aikoja tasaisesti. Yleensä asia on niin, että avaruusalus kiihdytetään johonkin nopeuteen, sitten se kulkee tasaisella nopeudella jonkin aikaa, tekee ehkä mutkan jonkin toisen taivaankappaleen kautta, sitten se pysäytetään samassa lepokoordinaatistossa kuin mistä se lähti liikkeelle alun perin. Ja katso; nimenomaan aluksen kello on käynyt vähemmän aikaa kuin lepokoordinaatistoon jätetty kello.

Capito tutto, perchè sono uno
Persona molto, molto intelligente...

-Quidquid latine dictum sit, altum viditur.

If you stare too long into the Screen, the Screen looks back at you.

Sivut

Suosituimmat

Uusimmat

Sisältö jatkuu mainoksen alla

Uusimmat

Suosituimmat