Co jest największą możliwą prędkością przekazu informacji?

Prędkość elektronów w przewodzie

Światło ze źródła, które zbliża się do nas, ma

większą częstotliwość, ale tę samą prędkość c

większą prędkość i większą częstotliwość

większą prędkość i tę samą częstotliwość

Prędkość światła jest taka sama dla wszystkich

ogarniam.edu.pl · Fizyka · Elementy fizyki relatywistycznejklasa 4 LO · fiszki i quiz: ogarniam.edu.pl/lo/4/fizyka/predkosc-swiatla-jest-taka-sama-dla-wszystkich/

W fizyce klasycznej prędkości się dodaje. Dla światła to nie działa: w próżni ma ono zawsze tę samą prędkość, niezależnie od tego, jak szybko biegniesz.

1Co mówi zasada

Prędkość światła w próżni c ≈ 3,00·10⁸ m/s ma taką samą wartość w każdym inercjalnym układzie odniesienia – niezależnie od ruchu źródła i obserwatora. Pomiary (m.in. doświadczenie Michelsona i Morleya z 1887 r.) nie wykryły zależności od ruchu Ziemi.
Klasyczne dodawanie prędkości (v₁ + v₂) jest dobrym przybliżeniem tylko dla prędkości znacznie mniejszych od c. Dla światła daje zły wynik.

Latarka w jadącym pociągu: i pasażer, i osoba na peronie mierzą dla światła prędkość c, a nie c + v

Zasada dotyczy próżni. W ośrodku (woda, szkło) światło jest wolniejsze: v = c przez n, gdzie n – współczynnik załamania.

2Granica prędkości

c jest największą prędkością przekazu energii i informacji. Żadne ciało mające masę nie osiągnie c, a żaden sygnał nie jest szybszy od c.
Oznaczenia: c — prędkość światła w próżni [m/s]; s — droga [m]; t — czas [s]; rok świetlny — droga światła w próżni w ciągu roku, ok. 9,46·10¹⁵ m.

Zapamiętaj

s = c · t, czyli czas przelotu światła t = s przez c

Sprawdź, czy rozumiesz

Prędkość światła w próżni

3Przykłady

Przykład 1 – dane: odległość Ziemia–Słońce s = 1,5·10¹¹ m.
Wzór: t = s przez c.
Obliczenia: t = 1,5·10¹¹ m przez 3,00·10⁸ m/s = 500 s.
Odpowiedź: światło ze Słońca leci ok. 500 s, czyli ok. 8,3 min.
Przykład 2. 1 rok ≈ 3,16·10⁷ s, więc 1 rok świetlny ≈ 3,00·10⁸ · 3,16·10⁷ m ≈ 9,5·10¹⁵ m. Do Proximy Centauri (4,2 roku świetlnego) jest ok. 4·10¹⁶ m.
Przykład 3. Statek leci od Ziemi z prędkością 0,5c i świeci reflektorem do przodu. Na Ziemi zmierzymy prędkość tego światła c, a nie 1,5c.

Uwaga na błąd

~~„Światło z poruszającego się źródła jest szybsze”~~

Nie jest. Zmienia się częstotliwość (efekt Dopplera), a prędkość w próżni pozostaje równa c.

✎Ściąga: Prędkość światła jest taka sama dla wszystkich

Najważniejsze w pigułce – przeczytaj tuż przed kartkówką lub sprawdzianem.

s = c · t, czyli czas przelotu światła t = s przez c
Prędkość światła w próżni c ≈ 3,00·10⁸ m/s ma taką samą wartość w każdym inercjalnym układzie odniesienia – niezależnie od ruchu źródła i obserwatora. Pomiary (m.in. doświadczenie Michelsona i Morleya z 1887 r.) nie wykryły zależności od ruchu Ziemi.
Oznaczenia: c — prędkość światła w próżni [m/s]; s — droga [m]; t — czas [s]; rok świetlny — droga światła w próżni w ciągu roku, ok. 9,46·10¹⁵ m.
Przykład 1 – dane: odległość Ziemia–Słońce s = 1,5·10¹¹ m.
Wzór: t = s przez c.
Obliczenia: t = 1,5·10¹¹ m przez 3,00·10⁸ m/s = 500 s.
Odpowiedź: światło ze Słońca leci ok. 500 s, czyli ok. 8,3 min.
Przykład 2. 1 rok ≈ 3,16·10⁷ s, więc 1 rok świetlny ≈ 3,00·10⁸ · 3,16·10⁷ m ≈ 9,5·10¹⁵ m. Do Proximy Centauri (4,2 roku świetlnego) jest ok. 4·10¹⁶ m.

?Quiz: powtórz przed kartkówką

8 pytań w stylu kartkówki i sprawdzianu. Odpowiedz w myślach, potem sprawdź odpowiedź. Rozwiąż quiz z wynikiem – każda odpowiedź ma wyjaśnienie.

Prędkość światła w próżni
1. Azależy od prędkości źródła
2. Bzależy od prędkości obserwatora
3. Cjest taka sama w każdym inercjalnym układzie odniesienia
4. Djest mniejsza niż w powietrzu
Sprawdź odpowiedź
Odpowiedź C: jest taka sama w każdym inercjalnym układzie odniesienia – To podstawowa zasada fizyki relatywistycznej: c nie zależy od ruchu źródła ani obserwatora.
Z pociągu jadącego 30 m/s świecimy latarką do przodu. Obserwator na peronie zmierzy prędkość światła
1. Ac − 30 m/s
2. B30 m/s
3. Cc
4. Dc + 30 m/s
Sprawdź odpowiedź
Odpowiedź C: c – Światło ma prędkość c w każdym układzie inercjalnym, więc prędkości nie dodajemy klasycznie.
Jak długo światło leci ze Słońca na Ziemię (1,5·10¹¹ m)?
1. Aok. 5 s
2. Bok. 50 s
3. Cok. 5000 s
4. Dok. 500 s
Sprawdź odpowiedź
Odpowiedź D: ok. 500 s – t = s/c = 1,5·10¹¹ m / 3·10⁸ m/s = 500 s.
Rok świetlny to jednostka
1. Aprędkości
2. Benergii
3. Cdługości
4. Dczasu
Sprawdź odpowiedź
Odpowiedź C: długości – To droga, którą światło przebywa w próżni w ciągu roku (ok. 9,46·10¹⁵ m).
Co jest największą możliwą prędkością przekazu informacji?
1. APrędkość światła w próżni
2. BPrędkość dźwięku w stali
3. CPrędkość elektronów w przewodzie
4. DNie ma takiej granicy
Sprawdź odpowiedź
Odpowiedź A: Prędkość światła w próżni – Nic, co przenosi energię lub informację, nie porusza się szybciej niż c.
Dla jakich prędkości klasyczne dodawanie prędkości jest dobrym przybliżeniem?
1. ADla bliskich c
2. BNigdy
3. CTylko dla światła
4. DDla znacznie mniejszych od c
Sprawdź odpowiedź
Odpowiedź D: Dla znacznie mniejszych od c – Dla v ≪ c błąd jest znikomy, dlatego na co dzień dodajemy prędkości zwyczajnie.
Światło ze źródła, które zbliża się do nas, ma
1. Amniejszą prędkość
2. Bwiększą prędkość i większą częstotliwość
3. Cwiększą częstotliwość, ale tę samą prędkość c
4. Dwiększą prędkość i tę samą częstotliwość
Sprawdź odpowiedź
Odpowiedź C: większą częstotliwość, ale tę samą prędkość c – Efekt Dopplera zmienia częstotliwość, a nie prędkość światła w próżni.
Statek oddala się od Ziemi z prędkością 0,5c i świeci do przodu. Jaką prędkość tego światła zmierzy obserwator na Ziemi?
1. A2c
2. B0,5c
3. C1,5c
4. Dc
Sprawdź odpowiedź
Odpowiedź D: c – Prędkość światła w próżni nie zależy od ruchu źródła, więc obserwator zmierzy c.

Cały dział „Elementy fizyki relatywistycznej”: ściąga i próbny sprawdzian →

Kartkówka albo sprawdzian już blisko?

Rozwiąż quiz z wynikiem i powtórz materiał na fiszkach. Każda odpowiedź ma wyjaśnienie, a postęp zapisuje się bez zakładania konta.

Rozwiąż quiz · 8 pytań Fiszki · 9 🔊 Posłuchaj notatki

Więcej: Fizyka, klasa 4

Foton: energia i pęd Atom wodoru: poziomy i serie widmowe Odrzut atomu przy emisji fotonu Fotoefekt: bilans energii i napięcie hamowania Fale materii de Broglie’a Obserwacja widma przez siatkę dyfrakcyjną Energia spoczynkowa, całkowita i pęd relatywistyczny Kiedy wystarczy mechanika klasyczna Nuklidy, izotopy i bilans reakcji jądrowej Rozpady α, β⁻, β⁺ i promieniowanie γ Prawo rozpadu i datowanie radiowęglowe Deficyt masy, energia wiązania i bilans energii reakcji Rozszczepienie jądra i reakcja łańcuchowa Synteza jądrowa i energia gwiazd Promieniowanie jonizujące: dawki, ochrona i obliczenia Promieniowanie termiczne: prawo Wiena i Stefana–Boltzmanna Kreacja i anihilacja par cząstka–antycząstka Elektrownia jądrowa, zastosowania i ewolucja gwiazd Mechanika i grawitacja: którą zasadę wybrać?Drgania, ciepło i prąd: wzory do powtórki Fale i optyka: wzory i niepewność z wykresu Atom i jądro: zadania maturalne krok po kroku Rozwiązanie zadania i karta wzorów CKE