Relativiteit R1

Relativiteit
1 / 35
next
Slide 1: Slide
NatuurkundeMiddelbare schoolvwoLeerjaar 5

This lesson contains 35 slides, with interactive quizzes and text slides.

Items in this lesson

Relativiteit

Slide 1 - Slide

Inhoud
R.1 Voorgeschiedenis
R.2 Tijd
R.3 Ruimte en beweging


Slide 2 - Slide

Je ziet een geblindeerde magneettrein die met constante snelheid rijdt. De trein rijdt volledig gelijkmatig: hij schokt nooit en gaat nooit over een heuvel of door een bocht. 
Je ziet een geblindeerde magneettrein die
met constante snelheid rijdt. De trein rijdt
volledig gelijkmatig: hij schokt nooit en gaat
nooit over een heuvel of door een bocht.

Slide 3 - Slide

Is er een experiment dat je in die geblindeerde magneettrein kunt doen, waarmee je kunt bepalen welke snelheid de trein heeft?
A
Ja
B
Nee

Slide 4 - Quiz

R.1 Voorgeschiedenis
  1. Het relativiteitsprincipe van Galilei
  2. Het relativiteitsprincipe bij elektromagnetisme
  3. Het experiment van Michelson en Morley
  4. Bezwaren tegen de theorie van het elektromagnetisme
  5. De twee postulaten van Einstein

Slide 5 - Slide

Je leert:
• dat de lichtsnelheid altijd even groot is en licht geen medium nodig heeft;
• de twee uitgangspunten van Einstein voor de speciale relativiteitstheorie kennen.

Slide 6 - Slide

Leerdoelen - Je kunt straks:
• de volgende begrippen uitleggen: inertiaalstelsel, relativiteitsprincipe, ether, nulresultaat;
• uitleggen welke problemen de maxwellvergelijkingen hadden met betrekking tot het relativiteitsprincipe;
• uitleggen hoe het experiment van Michelson en Morley in elkaar zit en uitleggen waarom de uitkomst van dit experiment op gespannen voet stond met de ethertheorie;
• de twee postulaten van Einstein noemen;
• kwalitatief de gevolgen van een constante lichtsnelheid benoemen voor ruimte en tijd.

Slide 7 - Slide

1. Het relativiteitsprincipe van Galilei

Slide 8 - Slide

Twee inertiaalstelsels

Slide 9 - Slide

Inertiaalstelsel
Een coördinatenstelsel waarin voorwerpen waar geen kracht op
werkt, stilstaan of een eenparig rechtlijnige beweging maken. Met andere woorden: De eerste wet van Newton geldt.
  • Voorbeeld: Een raket die met een eenparige rechtlijnige beweging door een leeg heelal beweegt.
  • Niet-voorbeeld: een raket die remt.

Slide 10 - Slide

Het relativiteitsprincipe van Galilei
Galilei en ook Newton stelden dat de wetten van de mechanica in alle inertiaalstelsels hetzelfde zijn.

Gevolgen:
  • Alle inertiaalstelsels zijn equivalent, gelijkwaardig.
  • Absolute snelheid bestaat niet (Leibniz). Eenparige beweging is relatief ten opzichte van de waarnemer.

Voorbeeld: 2 raketten in een leeg heelal met verschillende snelheden.


Slide 11 - Slide

De wetten zijn gelijk; maar wat je waarneemt, 
het fenomeen, is wel anders!

Slide 12 - Slide

De vraag is of het relativiteitsprincipe alleen geldt voor de wetten van de mechanica, of
voor alle natuurwetten.

Slide 13 - Slide

2. Het relativiteitsprincipe bij elektromagnetisme

Slide 14 - Slide

James Clerk Maxwell

Slide 15 - Slide

Wetten van Maxwell

Slide 16 - Slide

Uit die wetten volgt één bepaalde golfsnelheid.
De lichtsnelheid.

Slide 17 - Slide

Maar in welk medium en in 
welk inertiaalstelsel?

Ze noemden het medium de ether en gingen 
ervan uit dat de ether stil stond. 

Slide 18 - Slide

Galilei had een relativiteitsprincipe geformuleerd voor de wetten van de mechanica. Als elektromagnetische golven in een stilstaande ether bewegen, is er dan ook zo'n relativiteitsprincipe voor elektromagnetisme?
A
Ja
B
Nee

Slide 19 - Quiz

3. Het experiment van Michelson en Morley
(1887)

Slide 20 - Slide

Slide 21 - Slide

Slide 22 - Slide

Maar ze maten niet wat ze verwachtten!

Dat heet een nulresultaat.


Het beroemdste `mislukte' experiment.

Slide 23 - Slide

4. Bezwaren tegen de theorie van het elektromagnetisme

Slide 24 - Slide

Slide 25 - Slide

Problemen met de theorie van het elektromagnetisme
  1. De ether leek niet te bestaan.
  2. Meereizen met een lichtstraal zou niet moeten kunnen (Einsteins gedachtenexperiment) als er ook een relativiteitsprincipe is voor Elektromagnetisme.
  3. Een bewegende magneet wekt een elektrisch veld op, een bewegende lading een magnetisch veld. Maar wat als je meebeweegt met de lading?

Slide 26 - Slide

Einsteins oplossing
  • Die ether bestaat niet.
  • De elektrostatische en elektrodynamische wetten van Maxwell zijn wel in alle inertiaalstelsels gelijk.
  • Maar de beweging is relatief ten opzichte van de waarnemer, niet ten opzichte van een absolute ruimte!  
  • Maar: Of je een elektrisch of magnetisch veld of een combinatie waarneemt verschilt per inertiaalstelsel. Dit noem je in moderne termen een relativistisch effect.

Slide 27 - Slide

5. De twee postulaten van Einstein

Slide 28 - Slide

De twee postulaten van Einstein
Postulaat 1: in elk inertiaalstelsel zijn alle 
wetten van de fysica hetzelfde;
Postulaat 2: de lichtsnelheid in vacuüm is in elk inertiaalstelsel gelijk aan c, ongeacht de snelheid van het inertiaalstelsel ten opzichte van de lichtbron.

Slide 29 - Slide

Wat houdt het relativiteitsprincipe van Galilei (en Newton) in?
A
Mechanicawetten in stelsels die met constante snelheid ten opzichte van elkaar bewegen, verschillen van elkaar.
B
Mechanicawetten in stelsels die met constante snelheid ten opzichte van elkaar bewegen, zijn gelijk.
C
Mechanicawetten in stelsels die versneld ten opzichte van elkaar bewegen, verschillen van elkaar
D
Mechanicawetten in stelsels die versneld ten opzichte van elkaar bewegen, zijn gelijk.

Slide 30 - Quiz

Uit de theorie van het elektromagnetisme (EM) volgde een absolute waarde voor de lichtsnelheid. Waarom staat dit op gespannen voet met het relativiteitsprincipe van Galilei?
A
Omdat de waarde van de lichtsnelheid volgens EM alleen maar geldt in een stilstaand assenstelsel.
B
Omdat de waarde van de lichtsnelheid volgens EM alleen maar geldt in een inertiaalstelsel.
C
Omdat de waarde van de lichtsnelheid volgens EM alleen maar geldt in een niet-inertiaalstelsel.
D
Omdat de waarde van de lichtsnelheid volgens EM geldt voor alle denkbare intertiaalstelsels.

Slide 31 - Quiz

Einstein besefte dat de lichtsnelheid een vaste waarde had. Wat is juist?
A
Daarmee bevestigde hij zowel de ethertheorie als de theorie van Maxwell over het elektromagnetisme.
B
Daarmee bevestigde hij de ethertheorie, maar verwierp hij de theorie van Maxwell over het elektromagnetisme.
C
Daarmee verwierp hij de ethertheorie, maar bevestigde hij de theorie van Maxwell over het elektromagnetisme.
D
Daarmee verwierp hij zowel de ethertheorie als de theorie van Maxwell over het elektromagnetisme.

Slide 32 - Quiz

Samengevat 1/3
Een inertiaalstelsel is een coördinatenstelsel waarin voorwerpen waar geen kracht op werkt,
stilstaan of een eenparig rechtlijnige beweging maken. 

Het relativiteitsprincipe van Galilei geldt:

 1 .de wetten van de mechanica zijn in alle inertiaalstelsels hetzelfde;
2. absolute snelheid bestaat niet, alleen relatieve snelheid.

Je herkent dat je je in een inertiaalstelsel bevindt, doordat dan de eerste wet van Newton geldt.

Slide 33 - Slide

Samengevat 2/3
De elektromagnetische theorie leek niet te voldoen aan het relativiteitsprincipe:

 
1 . de vergelijkingen leken alleen te gelden voor een stelsel dat stilstaat in ether,
2. als je met de lichtsnelheid meereist met een lichtstraal zie je de lichtstraal stilstaan,
stilstaande lichtstralen bestaan niet volgens de theorie,
3. in een inertiaalstelsel dat meebeweegt met bewegende lading ontstaat geen
magneetveld, in ieder ander inertiaalstelsel wel.

Slide 34 - Slide

Samengevat 3/3


Het experiment van Michelson en Morley gaf een nulresultaat. Dit resultaat was in tegenspraak
met de toenmalige theorie dat er ether zou bestaan.

Einstein stelde: ether bestaat niet maar de maxwellvergelijkingen zijn wel correct. De twee
postulaten die volgens Einstein alles verklaren zijn:
1 .in elk inertiaalstelsel zijn alle wetten van de fysica hetzelfde,
2. de lichtsnelheid in vacuüm is absoluut, deze is in elk inertiaalstelsel gelijk aan c.

De relativiteitstheorie wordt daarom ook wel eens de absolutiteitstheorie genoemd!

Slide 35 - Slide