Ετικέτα: Ειδικά Θέματα

Κυλάει στην ανηφόρα;


Πολλές φορές μας ρωτούν: «Ξέρω ένα μέρος» ή «Είδα στην τηλεόραση ένα μέρος όπου τα αντικείμενα κυλούν προς την ανηφόρα. Πώς γίνεται αυτό; Λένε ότι εκεί υπάρχουν ισχυρά μαγνητικά πεδία. Μπορεί να συμβαίνει κάτι τέτοιο;»

Λοιπόν αυτή είναι μια εξαιρετικά κοινή ψευδαίσθηση που τη συναντά κανείς σε πολλές περιοχές σε όλο τον κόσμο. Πρόκειται συνήθως για ένα τμήμα δρόμου σε μια λοφώδη περιοχή, όπου το επίπεδο του ορίζοντα είναι δυσδιάκριτο. Αντικείμενα, όπως τα δέντρα και οι τοίχοι, που παρέχουν συνήθως οπτικές ενδείξεις για την πραγματική κάθετη, μπορεί να κλίνουν ελαφρώς. Αυτό δημιουργεί οπτική ψευδαίσθηση κάνοντας μια μικρή κατάβαση να φαίνεται σαν ανηφόρα. Έτσι τα αντικείμενα εμφανίζονται ότι κυλούν προς την ανηφόρα. Μερικές φορές ακόμη και τα ποτάμια φαίνονται να ρέουν κόντρα στη βαρύτητα.image

Σημεία, όπου η ψευδαίσθηση είναι ιδιαίτερα ισχυρή, συχνά γίνονται τουριστικά αξιοθέατα. Στους ξεναγούς αρέσει να ισχυρίζονται ότι το φαινόμενο είναι ένα μυστήριο ή ότι οφείλεται σε μαγνητικές ή βαρυτικές ανωμαλίες ή ακόμα ότι είναι ένα παραφυσικό φαινόμενο που η επιστήμη δεν μπορεί να εξηγήσει. Αυτό βεβαίως δεν είναι αλήθεια. Φυσικές ανωμαλίες μπορούν να ανιχνευθούν μόνο με ευαίσθητους εξοπλισμούς, οι οποίοι στην προκειμένη περίπτωση δεν μπορούν να δώσουν εξήγηση. Η επιστήμη όμως, μπορεί να εξηγήσει εύκολα τις οπτικές ψευδαισθήσεις.
(περισσότερα…)

Με πόση ταχύτητα τρέχουμε;

  • Του Lewis Epstein
  • Απο το βιβλίο «Εικόνες της Σχετικότητας»  εκδόσεις Κάτοπτρο.

Μια μικρή και εκλαϊκευμένη εισαγωγή στον κόσμο της Ειδικής Θεωρίας της Σχετικότητας και στην έννοια του χωρόχρονου.

Ερώτηση:Γιατί δεν μπορούμε να ταξιδέψουμε ταχύτερα από το φως;

Απάντηση::Επειδή δεν μπορούμε να ταξιδέψουμε με μικρότερη ταχύτητα από αυτό.

Υπάρχει για όλα τα πράγματα μία μόνο ταχύτητα. Οτιδήποτε υπάρχει γύρω μας, κινείται πάντοτε με την ταχύτητα του φωτός. Θα αναριωτιέστε. Πώς γίνεται να κινείστε αφού κάθεστε αναπαυτικά στην πολυθρόνα σας; Η απάντηση είναι ότι κινείστε μέσα στο χρόνο.
Γι αυτό αντιλαμβανόμαστε τα χρονόμετρα που ταξιδεύουν μέσα στο χώρο να «δουλεύουν» πιο αργά. Επειδή κανονικά τα χρονόμετρα «τρέχουν» μέσα στο χρόνο και όχι μέσα στο χώρο. Αν τα αναγκάσουμε να κινηθούν μέσα στο χώρο, θα το κάνουν δαπανώντας ένα μέρος της ταχύτητας που χρησιμοποιούν να ταξιδέουν μέσα στο χρόνο. Όσο μάλιστα ταχύτερα ταξιδεύουν μέσα στο χώρο τόσο πιο αργά ταξιδεύουν μέσα στο χρόνο. Είναι επίσης δυνατόν να τα αναγκάσουμε να δαπανήσουν ολόκληρη την ταχύτητα που χρησιμοποιούν, για να ταξιδεύουν μόνο μέσα στο χώρο. Τότε όμως θα ταξιδεύουν μόνο μέσα στο χώρο και καθόλου μέσα στο χρόνο (αφού δε θα τους έχει απομείνει άλλη ταχύτητα).Θα ‘χουν σταματήσει να χρονομετρούν, επομένως θα ‘χουν σταματήσει να «γερνούν».
Όλα αυτά μπορεί να παρασταθούν με ένα διάγραμμα, το οποίο στην ουσία είναι το «κοσμικό ταχύμετρο». Τίποτα δεν μπορεί να μεταβάλλει την «ολική» ταχύτητα ενός σώματος. Μόνο η διεύθυνση της κίνησής του, μέσα στο χωρόχρονο, μπορεί να μεταβληθεί.

Εικ. 1. Το θέμα είναι ένα: ότι Πάντα κινείστε, και μάλιστα με σταθερή ταχύτητα. Ακόμη κι όταν μένετε ακίνητοι.Σ' αυτή την περίπτωση ταξιδεύετε μπέσα στο χρόνο, από το Ο στο Α. Όταν η ταχύτητά σας έχει τέτοια κατεύθυνση που σας μεταφέρει μέσα στο χώρο, π.χ. από το Ο στο Κ ή στο Λ, τότε μειώνεται η συνιστώσα που απομένει για να σας μεταφέρει μέσα στο χρόνο. Στην περίπτωση που η ταχύτητα δαπανιέται εξ ολοκλήρου για να σας μεταφέρει μέσα στο χώρο (με την ταχύτητα του φωτός), δεν απομένει καθόλου ταχύτητα για να σας μεταφέρει μέσα στο χρόνο, και κινείστε από το Ο στο Γ. Επειδή η ταχύτητά σας μέσα στο χωρόχρονο είναι σταθερή, τα τμήματα ΟΑ, ΟΚ, ΟΛ και ΟΓ έχουν ίσα μήκη και τα σημεία Α,Κ,Λ  και Γ βρίσκονται πάνω σε ένα ημικύκλιο γύρω από το Ο. Αν μπορούσατε να ταξιδέψετε πίσω στο χρόνο, το ημικύκλιο θα γινόταν πλήρης κύκλος.

Εικ. 1. Το θέμα είναι ένα: ότι πάντα κινείστε, και μάλιστα με σταθερή ταχύτητα. Ακόμη κι όταν μένετε ακίνητοι.Σ’ αυτή την περίπτωση ταξιδεύετε μέσα στο χρόνο, από το Ο στο Α. Όταν η ταχύτητά σας έχει τέτοια κατεύθυνση που σας μεταφέρει μέσα στο χώρο, π.χ. από το Ο στο Κ ή στο Λ, τότε μειώνεται η συνιστώσα που απομένει για να σας μεταφέρει μέσα στο χρόνο. Στην περίπτωση που η ταχύτητα δαπανιέται εξ ολοκλήρου για να σας μεταφέρει μέσα στο χώρο (με την ταχύτητα του φωτός), δεν απομένει καθόλου ταχύτητα για να σας μεταφέρει μέσα στο χρόνο, και κινείστε από το Ο στο Γ. Επειδή η ταχύτητά σας μέσα στο χωρόχρονο είναι σταθερή, τα τμήματα ΟΑ, ΟΚ, ΟΛ και ΟΓ έχουν ίσα μήκη και τα σημεία Α,Κ,Λ και Γ βρίσκονται πάνω σε ένα ημικύκλιο γύρω από το Ο. Αν μπορούσατε να ταξιδέψετε πίσω στο χρόνο, το ημικύκλιο θα γινόταν πλήρης κύκλος.

Σε κατάσταση ηρεμίας το σώμα θεωρείται ότι ταξιδεύει μέσα στο χρόνο και το διάνυσμα της ταχύτητάς του βρίσκεται πάνω στον άξονα του χρόνου και κατευθύνεται από το Ο προς το Α. Όταν όμως κινείται προς τα δεξιά ή προς τα αριστερά, το διάνυσμα της ταχύτητάς του κλίνει προς τα δεξιά, π.χ. προς το Κ ή προς τα αριστερά, προς το Λ αντίστοιχα. Στην ακραία περίπτωση, όταν η κίνηση γίνεται εξ ολόκληρου στο χώρο και καθόλου στο χρόνο, τότε το διάνυσμα κατευθύνεται από το Ο προς το Γ.
(περισσότερα…)

Διάθλαση: Αντιστροφή των βελών

Αυτό είναι ένα πείραμα που ο καθένας μπορεί να το κάνει, πολύ εύκολα στο σπίτι του. Εκπληκτικό; Amazing?. Τίποτα από όλα αυτά. Απλοί νόμοι της Φυσικής.

Το ποτήρι με το νερό μετατρέπεται σε συγκλίνοντα φακό και οι ακτίνες του φωτός που περνούν από μέσα και φτάνουν στο μάτι μας ακολουθούν την πορεία που φαίνεται στην εικόνα, υπακούοντας στους νόμους της διάθλασης. Κατά την είσοδο της ακτίνας στο νερό η γωνία διάθλασης δ είναι μικρότερη από τη γωνία πρόσπτωσης π, αφού το φως μπαίνει σε οπτικά πυκνότερο μέσο και κατά την έξοδο από το ποτήρι η γωνία διάθλασης δ΄ γίνεται μεγαλύτερη από τη γωνία πρόσπτωσης π΄, λόγω της αντίστροφης πορείας, δηλαδή από οπτικά πυκνότερο (νερό) πηγαίνει δε οπτικά αραιότερο (αέρας).

Το διάγραμμα εμφανίζει το ποτήρι με το νερό και τα βέλη, όπως τα βλέπουμε από ψηλά (κάτοψη)

Αυτό έχει ως συνέπεια οι δύο ακτίνες – αυτή που προέρχεται από το Α και αυτή από το Β – να διέρχονται από το σημείο Ε, που είναι η κύρια εστία του συγκλίνοντα φακού που δημιουργείται από το νερό στο ποτήρι. Όπως φαίνεται από το διάγραμμα, δεξιά του Ε υπάρχει αντιστροφή του βέλους, ενώ αριστερά το βέλος διατηρεί την αρχική του κατεύθυνση.

Εννοείται ότι η συνεισφορά του γυαλιού του ποτηριού στη διάθλαση των ακτίνων είναι αμελητέα.

Μπορείτε να παίξετε με τις αποστάσεις του ποτηριού από το αρχικό βέλος ή της δικής σας θέσης ως παρατηρητή.

Γιάννης Γαϊσίδης

gaisidis@viewonphysics.gr

img_1494

Το Παράδοξο των Διδύμων

Το Παράδοξο των Διδύμων είναι ένα θέμα το οποίο μπορεί να εισαγάγει έναν ενδιαφερόμενο με σχετικά λίγες γνώσεις Φυσικής στις αρχές της ειδικής θεωρίας της σχετικότητας και να του κεντρίσει το ενδιαφέρον για τη γενική θεωρία της σχετικότητας, γιατί η επίλυση του προβλήματος περνάει και από μερικές εισαγωγικές έννοιες και αρχές της. Μια αρκετά κατανοητή ανάλυση παρουσιάζουμε εδώ, του Νορβηγού φυσικού του Πανεπιστημίου του Όσλο Øyvind Grøn, με μερικές δικές μου επεξηγήσεις για την καλύτερη κατανόηση από τους μη μυημένους.

Το πρόβλημα

Δύο δίδυμοι Α και Β συναντιούνται σε ένα μέρος. Κατόπιν απομακρύνεται ο ένας από τον άλλο και ξανασυναντιούνται αργότερα στο ίδιο μέρος. Ο δίδυμος Α θεωρεί ότι βρίσκεται σε ακινησία και προβλέπει ότι αδελφός του, όταν ξανασυναντηθούν, θα είναι νεότερος απ’ αυτόν λόγω της διαστολής του χρόνου που προβλέπει η σχετικότητα. Αλλά σύμφωνα με την αρχή της σχετικότητας, ο Β θεωρεί τον εαυτό του σε ακινησία ενώ ταξιδεύει ο Α, οπότε, όταν ξανασυναντηθούν, ο Α θα είναι νεότερος από τον Β. Αυτές ακριβώς οι αντικρουόμενες προβλέψεις είναι το Παράδοξο την Διδύμων.

Τα κεκλιμένα επίπεδα του Γαλιλαίου

  • Από το βιβλίο  «Οι Εννοιες της Φυσικής»
  • Του Paul Hewitt
Ο Αριστοτέλης πίστευε ότι η κίνηση συναντά πάντα αντίσταση από κάποιο μέσο, όπως ο αέρας ή το νερό. Για τον Αριστοτέλη το κενό είναι κάτι αδύνατον και επομένως δεν ασχολήθηκε με την κίνηση που γίνεται απουσία αλληλεπίδρασης με κάποιο μέσο. Αυτός είναι ο λόγος που θεωρούσε, ως βασική αρχή για τη διατήρηση της κίνησης, κάποια έλξη ή ώθηση.
 
Ο Γαλιλαίος αρνήθηκε ακριβώς αυτή την αρχή, ισχυριζόμενος ότι αν δεν υπάρχει καμία επέμβαση στο κινούμενο σώμα, θα συνεχίσει να κινείται για πάντα σε ευθεία γραμμή χωρίς να απαιτείται καμία ώθηση ή έλξη η οποιουδήποτε είδους δύναμη.
 
Ο Γαλιλαίος έλεγξε αυτή την υπόθεση εκτελώντας πειράματα με διάφορα αντικείμενα κινούμενα σε κεκλιμένα επίπεδα. Παρατηρούσε ότι σφαίρες που κυλούσαν προς τα κάτω σε ένα κεκλιμένο επίπεδο κέρδιζαν ταχύτητα ενώ όσες κυλούσαν προς τα πάνω έχαναν ταχύτητα. Συμπέρανε λοιπόν ότι οι σφαίρες που κυλούν σε οριζόντιο επίπεδο ούτε επιταχύνονται ούτε επιβραδύνονται. Στην πράξη βέβαια μια σφαίρα που κυλά σε οριζόντιο επίπεδο επιβραδύνεται (χάνει ταχύτητα) και τελικά σταματά, όμως αυτό δε συμβαίνει εξ αιτίας της «φύσης» της, αλλά εξ αιτίας της τριβής, η οποία διέφευγε ως έννοια από τον Αριστοτέλη.