Номер 2, страница 238 - гдз по физике 11 класс учебник Мякишев, Буховцев

Вопросы к параграфу. Параграф 63. Основные следствия из постулатов теории относительности. Глава 8. Элементы теории относительности - номер 2, страница 238.

Условие.

2. В чём принципиальное отличие скорости света от скоростей движения тел?

Решение.

Решение 2.

Принципиальное отличие скорости света от скоростей движения материальных тел заключается в нескольких фундаментальных аспектах, которые описываются специальной теорией относительности (СТО).

1. Относительность и инвариантность.
Скорость движения любого материального тела (например, автомобиля, планеты, человека) является относительной. Это означает, что её значение зависит от системы отсчёта, в которой производятся измерения. Например, если вы едете в поезде со скоростью $v_1$ и бросаете мяч по направлению движения со скоростью $v_2$ относительно поезда, то для наблюдателя на перроне скорость мяча будет (согласно классической механике) равна $v_1 + v_2$.

В отличие от этого, скорость света в вакууме ($c$) является инвариантной (абсолютной). Это один из ключевых постулатов СТО: скорость света в вакууме одинакова во всех инерциальных системах отсчёта и не зависит ни от скорости движения источника света, ни от скорости наблюдателя. Её значение — фундаментальная физическая постоянная, равная $c = 299\ 792\ 458$ м/с. Это означает, что если с космического корабля, летящего со скоростью $0.9c$, будет выпущен луч света, то и наблюдатель на корабле, и неподвижный наблюдатель на Земле измерят скорость этого луча равной в точности $c$.

2. Предельный характер скорости.
Скорость света в вакууме — это максимально возможная скорость передачи энергии, материи и информации во Вселенной. Ни одно тело, обладающее массой покоя, не может достичь скорости света. При приближении скорости тела $v$ к скорости света $c$ его релятивистская масса и энергия стремятся к бесконечности, что требует бесконечной энергии для дальнейшего ускорения. Скорости материальных тел всегда строго меньше скорости света ($v < c$).

3. Связь с массой.
Со скоростью света $c$ в вакууме могут двигаться только безмассовые частицы, такие как фотоны (кванты света). Любое тело, обладающее массой покоя ($m_0 > 0$), может двигаться только со скоростью, меньшей скорости света.

Таким образом, если скорость тела — это характеристика его движения относительно чего-либо, то скорость света — это фундаментальная константа нашего мира, определяющая саму структуру пространства-времени.

Ответ:

Принципиальное отличие скорости света от скоростей движения тел состоит в том, что:

1. Скорость любого материального тела является относительной — её значение зависит от системы отсчёта наблюдателя. Скорость света в вакууме ($c$) является абсолютной (инвариантной) — её значение одинаково для всех наблюдателей, независимо от их движения.
2. Скорость света в вакууме ($c$) является предельной — это максимально возможная скорость во Вселенной, которую не может достичь ни одно тело, обладающее массой.