Prędkość światła – komentarz fizyka

Opublikowane przez w Warsztat

Jako fizyk, pozwolę sobie skomentować wpis Prędkość światła z 4 grudnia 2015, żeby dzieci źle nie uczyć… 😉

No dobrze, po kolei…

Nie ma znaczenia na czym będzie wisiało: na karabińczyku, czy na bloczku.

Tarcie oczywiście ma tutaj znaczenie. Punkt dla dzieci 🙂 . Różnicy między bloczkiem a karabińczykiem nie będzie jedynie wtedy, gdy bloczek lub karabińczyk pozostają w spoczynku, a siła obciążenia (siła to wektor, ale nie wchodźmy w to za bardzo bo nie wiem, czy dzieci już znają różnicę pomiędzy skalarem a wektorem) działa pod kątem prostym do linii (sic! linii, nie liny, bo lina w układzie fizycznym jest „ugięta” prawda?) łączącej punkty zaczepienia. W każdym innym przypadku trzeba doliczyć jeszcze składową działającą w kierunku rozciągania liny pochodzącą od tarcia statycznego jeśli bloczek lub karabińczyk pozostają w spoczynku (ale pod kątem różnym od prostego) albo tarcia kinetycznego, gdy się poruszają.

Żeby to jeszcze lepiej zrozumieć proponuję ćwiczenie myślowe z przypadkiem skrajnym. Załóżmy, że mamy tyrolkę, w której lina jest zawieszona prawie pionowo, człowieka bardzo ciężkiego (znacznie cięższego niż wytrzymałość liny), bloczek działający z tarciem bliskim zero oraz karabińczyk z tarciem prawie nieskończonym. I teraz: co się stanie, kiedy spróbujemy zjechać po tyrolce? Czy w którymś przypadku lina się zerwie? Czy tarcie ma znaczenie?

No ale jak będzie bloczek, to będzie mniejsze tarcie i będę się szybciej poruszał na tyrolce, więc zanim mnie zdąży przyciągnąć, to trochę ucieknę, czyli mniej się powinno ugiąć, prawda?

To tylko w przypadku, gdy będziemy osiągać prędkości bliskie prędkości światła.

Nie zdążysz uciec, bo oddziaływanie grawitacyjne rozchodzi się z prędkością światła, co wynika z Ogólnej Teorii Względności.

W Ogólnej Terii Względności nie ma mowy o grawitacji, a jedynie zagięciu czasoprzestrzeni przez masę. Obiekty poruszają się po liniach geodezyjnych, zawsze w kierunku największego gadientu. Trochę upraszaczam, ale chyba na potrzeby tego przypadku wystarczy.

Podobnie gdyby nagle zniknęło Słońce, Ziemia wystrzeli w kosmos dopiero po 8 minutach i 20 sekundach. I w kontekście o który pytasz, nie ma to związku ze światłem, tylko z szybkością propagowaniem pola grawitacyjnego.

Na początku słowo „wystrzeli”. Nie używałbym go w obecności dzieci, bo ich wyobraźnia od razu wytworzy obraz, w których po znieknięciu Słońca nastąpi jakiś niesamowicie odczuwalny efekt związany z wystrzeleniem Ziemi w kosmos z prędkością, która nas zdmuchnie z powierzchni. Tymczasem znacznie większym szokiem dla człowiek byłoby fakt nagłego wyłączenia światła. Efekt zmiany toru ruchu chyba nie byłby na początku w ogóle zauważalny, tutaj musiałbym się mocniej zastanowić, ale na szybko nie widzę powodów szoku: siła odśrodkowa i grawitacji Słońca działa na wszystkie cząstki na Ziemi, w tym ludzi, tak samo i kiedy nagle te siły znikają, wypadkowa przed wynosi zero. A jeśli nie ma sił, to nie ma szoku 🙂

Teraz się trochę wyżyję nad tym znikaniem Słońca. W fizyce nic nie znika, więc rozważanie takiego przypadku jest niefizyczne. A jak założenia są niefizyczne to i wnioski mogą być niefizyczne. Więc spróbujmy trochę urealnić.

W ogólnej teorii względności nie mówi się o grawitacji, ale o krzywiźnie czasoprzestrzeni. Masa zakrzywia czasoprzestrzeń, a obiekty w tej czasoprzestrzeni poruszają się, bo mają nierówne „podłoże” 4-wymiarowe. Tak jak kulka na krzywym stole, też będzie się przemieszczać. Tak, wiem, tutaj też mocno upraszczam, ale uproszczenia są potrzebne, żeby zrozumieć.

Wracając do problemu znikającego Słońca. Najbliższym fizycznie zjawiskiem pozwalającym na zniknięcie Słońca jest anihilacja przy połączeniu się materii z antymaterią. Zakładając zatem, że Słońce anihiluje, pojawia się energia, która też oddziałuje na czasoprzestrzeń. Te zmiany rozchodzą się w czasoprzestrzeni z prędkością światła (albo bliską, bo zmierzono to z ograniczoną dokładnością na razie). Podobnie czarna dziura. Jeśli się „pojawi”, to ta zmiana musi się rozprzestrzenić i dotrze do nas po pewnym czasie. Ale o ile czarna dziura może wchłonąć foton to nie może, IMHO, wchłonąć informacji o tym, że się pojawiła. Czarna dziura powoduje zakrzywienie, które rozchodzi się w czasoprzestrzeni, przynajmniej na gruncie Ogólnej Teorii Względności, bo jeśli wprowadzimy pojęcie grawitonu, to zrobi się już całkiem ciekawie. Ale to wykracza chyba poza zakres nauczania domowego 🙂

A w Kosmosie przeważnie jest próżnia, więc nic nas nie będzie hamować.

Prawie 🙂 W Kosmosie występuje tak zwany stan wysokiej próżni.

Tak, przydałaby się nam stalowa linka zatem, żeby się tak nie naciągała…

Najlepiej gdyby to była lina, która w ogóle się nie ugina, tylko cały czas pozostaje prosta bez względu na obciążenie. Jako ciekawostkę powiem, że taki efekt jest fizycznie niemożliwy, bo wymagałby przyłożenia nieskończenie dużej siły naciągającej linę (jeśli tylko ciężar liny i bloczka jest niezerowy).

Podpis autora