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セルフ塾は閉めましたが、そのままの名前でブログを続けます。独学,独習。教わるより,学ぶを重視。 セルフラーニングの方法,英語,数学などの情報を発信するつもりです。

光速不変の原理を教える
 相対性理論の根本原理は,光速不変です。光の速さはいつでも30万kmだということです。
 問題は,「いつでも」という表現です。それをていねいに教えてもらわなければよく理解できません。いろいろ本を読んでいますが,もう少していねいに説明して欲しいと思います。いろいろな場合をいっきょに説明しているので,分かりにくいのです。

 それでぼくならということで説明してみます。現象だけです。理由は次の機会に

 まず,静止しているところから光の速さを測ります。

 ロケットの中にAさんがいます。Cさんは地球上にいて,ロケットの中が見えるとします。ロケットはまだ地球上で発射を待っています。
 Aさんが光を発しました。Aさんから光を見ると30万km/秒です。もちろん,Cさんから見ても30万km/秒ですね。
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 次に,動く歩道を考えてみます。
 空港などに,ベルトコンベアーの動く歩道がありますね。歩道が動いているので,立ち止まっているだけで前に運んでくれます。

 秒速1mで動いている歩道とします。
 AさんとBさんが歩道に立っています。Bさんから見ると,Aさんの速度は0mです。歩道の外にCさんが立っています。Cさんには,AさんもBさんも1m/秒の速さで進んでいるように見えますね。

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 少しくどい説明をします。下の図を0秒とします。

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 1秒後の図が下です。動く歩道に乗っているので,AさんもBさんも1m右に動いています。Cさんはそのまま変わりません。
 Bさんのものさしも歩道といっしょに右に動いています。だから,Bさんのものさしでは,Aさんはやはり0mのところにいます。

 しかし,Cさんのものさしで測るとAさんは1m右に進んでいます。だから1m/秒になっているのです。

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 さて,Aさんが走ったとします。秒速2mで。
 BさんからはAさんの速さは,2m/秒に見えます。
 しかし,Cさんから見ると,歩道の速さも加わるので,Aさんの進む速さは3m/秒になります。

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 以上の説明で分かる人はいいですが,少し分かりにくい人のために説明を加えます。
 走り始める瞬間の図が下のようになります。

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 1秒後の図が下の図です。Bさんは歩道の上にいるので,Bさんも移動し,Bさんのものさしも移動します。だから,Bさんにとっては,Aさんは1秒間に2m進んだことになります。

 しかし,Cさんは止まっています。歩道は進んでいるので,その分Aさんは先に進んでいるので1秒間に3m進んでいることが分かりますね。

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 もう一つ似た例です。
 電車の中でAさんがボールを投げます。ボールの速さは100km/秒。電車の速さは50km/秒とします。
 同じ電車に乗っているBさんから見ると,ボールの速さは100km/秒ですね。

 しかし,電車の外にいるCさんから見るとボールの速さは150km/秒になります。

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 以上は,分かりやすいと思います。現実の,常識的な世界のできごとです。でもとても大切です。

 さて,次に光です。実は上の常識の世界とまったくちがうのです。

 20万km/秒の速さで飛んでいるロケットがあります。

 ロケットの中でAさんが光を発します。Aさんにとっては光の速さは30万km/秒です。これは常識の世界と変わりません。

 しかし,ロケットの外にいるCさんにも光の速さは30万km/秒なのです。
 常識の世界で考えると,Cさんにとってはロケットの速さも加わって40万km/秒になりそうですね。

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 でも,Cさんにとっても光の速さは30万km/秒なのです。

 光はこのように進んでいるロケットの中でも変わりません。これが光速不変の原理です。

 だから,次の図のようにおかしなことがおこるようです。
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 Aさんには,光はロケットの先の方まで進んでいるのですが,外にいるCさんにはまだ途中までしか進んでいないのです。

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