Темы докладов, страница 54 - гдз по физике 7 класс учебник Громов, Родина

Глава 3. Движение и взаимодействие тел. Параграф 15. Ускорение. Вопросы - страница 54.

Условие.

Решение.

Согласно специальной теории относительности, сформулированной Альбертом Эйнштейном, достичь скорости света для любого объекта, обладающего массой покоя (то есть массой в состоянии покоя), принципиально невозможно. Скорость света в вакууме, обозначаемая как $\text{c}$ (приблизительно 299 792 458 м/с), является фундаментальным пределом скорости во Вселенной.

Причина этого ограничения заключается в релятивистских эффектах, которые становятся значительными при приближении к скорости света. Ключевую роль здесь играет полная энергия объекта, которая описывается формулой:

$E = \gamma m_0 c^2$

где $m_0$ — это масса покоя объекта, $\text{c}$ — скорость света, а $\gamma$ (гамма) — это так называемый фактор Лоренца, который вычисляется по следующей формуле:

$\gamma = \frac{1}{\sqrt{1 - \frac{v^2}{c^2}}}$

Здесь $\text{v}$ — это текущая скорость объекта. Проанализируем, что происходит с фактором Лоренца, когда скорость объекта $\text{v}$ стремится к скорости света $\text{c}$:

1. Отношение $\frac{v^2}{c^2}$ будет приближаться к 1.

2. Следовательно, выражение в знаменателе под корнем, $1 - \frac{v^2}{c^2}$, будет стремиться к 0.

3. Когда знаменатель дроби стремится к нулю, сама дробь стремится к бесконечности. Таким образом, при $v \rightarrow c$, фактор Лоренца $\gamma \rightarrow \infty$.

Это означает, что для ускорения объекта до скорости света его полная энергия ($E = \gamma m_0 c^2$) должна стать бесконечной. Поскольку в нашем распоряжении нет бесконечного источника энергии, разогнать любой объект с ненулевой массой покоя до скорости света невозможно. Чем ближе скорость объекта к световой, тем больше энергии требуется для каждого последующего приращения скорости. Этот эффект экспериментально подтверждается в ускорителях частиц, где для разгона протонов или электронов до скоростей, составляющих 99.99...% от скорости света, требуются колоссальные затраты энергии.

Двигаться со скоростью света могут только безмассовые частицы, такие как фотоны (частицы света). Поскольку их масса покоя $m_0 = 0$, вышеприведенные формулы для них не создают запрета, и они по своей природе всегда движутся со скоростью света в вакууме.

Ответ:
Согласно современной физике (специальной теории относительности), достичь скорости света материальному объекту, обладающему массой, невозможно. Это связано с тем, что для ускорения такого объекта до скорости света потребовалось бы бесконечное количество энергии. Скорость света является предельным значением, к которому можно лишь асимптотически приближаться. Только безмассовые частицы, например фотоны, могут двигаться со скоростью света.