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相对论下的钟慢效应公式推导及其应用

2021-11-04朱小芹

物理教师 2021年10期
关键词:效应信号

王 勇 朱小芹 唐 煌

(1.江苏省常州高级中学,江苏 常州 213003;2.江苏理工学院数理学院,江苏 常州 213001)

1905年,爱因斯坦发表了狭义相对论的第一篇论文《论动体的电动力学》,提出了狭义相对论的两个基本原理.

(1)相对性原理:物理定律在所有惯性系中都是相同的,所有的惯性系都是等价的.

(2)光速不变原理:在所有惯性系中,真空中光速等于恒定值,它不依赖惯性系之间的运动,也与光源、观察者的运动无关.

经典时空观认为时间和空间是两个独立的观念,彼此之间没有联系,分别具有绝对性,时间与空间的度量与惯性参考系的运动状态无关.

爱因斯坦相对论时空观认为:空间和时间的特性是相对的,是随着物质运动状态的变化而变化的,并不是永恒不变的.

1 钟慢效应公式推导

在相对论时空观中,运动的时钟比静止的时钟走得慢,这种效应叫做时间延缓或时间膨胀,也叫钟慢效应,钟慢效应公式推导过程如下.

图1

假定列车(惯性系S′)以速度v相对路基行驶.车厢后壁装有光源,紧挨着它有一标准钟,在对面放置一面反射镜M,可使纵向发射的光脉冲原路返回,设车厢宽度为l0.

2 钟慢效应的应用

例题.惯性系S中3艘已处于匀速直线运动状态的飞船1、2、3,各自的速度大小同为v,航向已在图中标出.某时刻3艘飞船“相聚”(彼此靠近,但不相碰)于S系的O点.此时各自时钟都校准在零点.飞船1到达图中与O点相距l的P处时,发出两束无线电信号.而后分别被飞船2、3接受到.

图2

(1)在飞船1中确定发射信号的时刻t1;……

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