Relativiteitstheorie

• Natuurkunde
• Middelbare school
• vwo
• Leerjaar 5

Relativiteitstheorie

~ alles is relatief ~

~ tijdsrek ~

~ lengtekrimp ~

~ ruimtetijd en Fz ~

door Iris Henzel, Britte Lenderink, Mick Stokkingreef

Opdracht 1

Twee jongens gooien een bal over in een auto. De auto rijdt 50 km/h. De bal wordt gegooid met 10 km/h.

- Hoe snel gaan de jongens voor een toeschouwer die langs de weg staat? En hoe snel gaan de jongens voor iemand die op de auto staat?

- Hoe snel gaat de bal als die van het blonde jongetje naar het zwartharige jongetje wordt gegooid, vanuit de auto gezien? En als 'ie terug wordt gegooid? 

- En hoe snel gaat de bal vanuit iemand gezien die langs de weg staat?

In de vorige opdracht zag je dat je snelheden bij elkaar op kon tellen en bij elkaar af kon trekken. De bal gaat voor iemand langs de weg sneller dan voor iemand die op de auto staat. De snelheden zijn dus relatief. 

De lichtsnelheid is niet relatief!

Nu zou je verwachten dat dat bij de lichtsnelheid ook is... Maar nu komt het rare: voor iemand op de auto gaat het licht precies even snel als voor iemand die aan de kant staat! De lichtsnelheid is dus altijd gelijk.

Instapopdracht

Persoon A rijdt met een constante snelheid van A naar B. Persoon B rijdt met dezelfde snelheid van A naar C. De afstand van A naar B is korter dan de afstand van A naar C. 

Hoe kan persoon B met dezelfde snelheid een langere afstand afleggen? 

Gelukt? Kijk van het volgende filmpje 1:30 - 3:33 

tip: zet de (Engelse) ondertiteling aan

Tijdsrek (time dilatation)

v = s/t

v=c (constant)

de s neemt toe, dus dan moet de t wel afnemen

Welke variabele kan nog meer worden veranderd om ervoor te zorgen dat de lichtsnelheid constant blijft?

1. de afstand moet toenemen
2. de afstand moet afnemen
3. de lichtsnelheid moet toenemen
4. het medium moet worden veranderd

Toch kan de vertraging van de t op een gegeven moment er niet meer voor zorgen dat de lichtsnelheid gelijk blijft en moet de afstand wel afnemen... huh? 

Kijk van het filmpje 3.35-4.45

lengtekrimp (length contraction)

Dus de lengtekrimp en tijdsrek zorgen er samen voor dat de lichtsnelheid altijd gelijk is.

Einstein zag dit als één ding: ruimtetijd.

Zwaartekracht volgens Einstein

Einstein gebruikte het principe van ruimtetijd om zwaartekracht te verklaren. Hij constateerde dat ruimtetijd wordt verbogen rondom een ding met een bepaalde massa. Andere dingen volgen in hun beweging deze gebogenheid.

Om dit principe zichtbaar te maken wordt er een experiment gedaan met knikkers op een elastische lap stof.

Kijk van het filmpje: 1.08-2.00

Wat is het grootste verschil tussen de knikkers in het experiment en hemellichamen in het echt?

1. De knikkers ondergaan wrijving
2. Knikkers rollen om hun as
3. Knikkers zijn altijd rond
4. Hemellichamen houden niet van trampolines

Bedenk hoe het antwoord op de vorige vraag het verschil in de baan van een knikker en de baan van een hemellichaam verklaart

De zwaartekrachttheorie aannemelijk

Een theorie is leuk en aardig, maar hoe kunnen we weten of hij wel klopt? De NASA heeft aan de hand van sattelieten de precieze baan van de aarde gemeten om te weten te komen of de aarde echt zo beweegt als de theorie voorspelt.

Het antwoord blijkt ja!

Samengevat

Alle snelheid is relatief, behalve de lichtsnelheid;

Wanneer een deeltje de lichtsnelheid nadert vindt tijdsrek en lengtekrimp plaats;

Zwaartekracht is het gevolg van een buiging in de ruimtetijd.

Bedankt voor het kijken en tot ziens!