Inngangur

Yfirlit kafla

• 10.1 Forsendur takmörkuðu afstæðiskenningarinnar
• 10.2 Afleiðingar takmörkuðu afstæðiskenningarinnar

Inngangur

Stuðningur við kennara

Hefjið umræðu sem höfðar til löngunar fólks til að kanna heima utan jarðar. Er þetta hluti af mannlegu eðli? Kannski; menn hafa nú farið nánast hvert sem hægt er að fara á þessari plánetu. Spyrjið nemendur hvers vegna við höfum ekki enn ferðast til annarra sólkerfa. Er þetta bara spurning um að bíða í nokkur ár eftir tækniframförum, eða er vandinn erfiðari viðfangs? Ef enginn veit svarið, segið þeim að þetta snúist um þann hraða sem hægt er að ná og notið það sem inngang að forsendu Einsteins um ljóshraðann.

Hefur þig einhvern tíma dreymt um að ferðast til annarra pláneta í fjarlægum sólkerfum? Ferðalagið gæti virst mögulegt ef ferðast væri nógu hratt, en í þessum kafla sérðu hvers vegna svo er ekki. Árið 1905 setti Albert Einstein fram takmörkuðu afstæðiskenninguna. Hann þróaði kenninguna til að skýra ósamræmi milli jafnanna sem lýsa rafsegulfræði og aflfræði Newtons og til að útskýra hvers vegna ljósvakinn var ekki til. Kenningin skýrir meðal annars takmörk á hraða hluta.

Afstæðiskenning fjallar um hvernig ólíkir athugendur, sem hreyfast miðað við hver annan, mæla sömu atburði. Galíleó og Newton þróuðu fyrstu réttu útgáfuna af klassískri afstæðiskenningu. Einstein þróaði nútímaafstæðiskenningu. Nútímaafstæðiskenning skiptist í tvo hluta. Takmörkuð afstæðiskenning fjallar um athugendur sem hreyfast með jöfnum hraða. Almenn afstæðiskenning fjallar um athugendur sem hreyfast með jafnri hröðun. Afstæðiskenningar Einsteins leiddu til byltingarkenndra spádóma. Mikilvægast er að spádómar hans hafa verið staðfestir með tilraunum.

Í þessum kafla lærir þú hvernig tilraunir og ráðgátukenndar mótsagnir í eldri kenningum leiddu til þróunar takmörkuðu afstæðiskenningarinnar. Þú munt einnig læra einföldu forsendurnar sem kenningin byggist á; forsenda er staðhæfing sem gengið er út frá að sé sönn þegar rök eru færð í vísindalegum eða stærðfræðilegum röksemdum.

Stuðningur við kennara

Áður en nemendur byrja á þessum kafla er gagnlegt að rifja upp eftirfarandi hugtök:

• Notkun markverðra stafa í útreikningum - Sýnið hvernig á að nota réttan fjölda markverðra stafa við samlagningu og margföldun.
• Notkun staðalforms í útreikningum - Sýnið hvernig á að nota rétt staðalform og reikniaðgerðir með staðalformi, til dæmis samlagningu, frádrátt, margföldun og deilingu.
• Umbreyting eininga - Sýnið hvernig á að breyta úr km/klst. í m/s.
• Útreikningur meðaltals - Sýnið hvernig á að finna meðaltal tveggja talna með því að deila summu þeirra með 2.
• Upprifjun á muninum á massa og þyngd.
• Algeng hugtök - Útskýrið að fasti merkir eitthvað sem breytist ekki. Jafn hraði vísar til hraða sem breytist ekki. Útskýrið að upphafs- merkir byrjunar-. Upphafstími er sá tími þegar atburðarás dæmis hefst. Útskýrið að hlutur sem hreyfist ekki er oft sagður vera í kyrrstöðu í eðlisfræði.

Til að styrkja þessa lýsingu og opna fyrir umræðu um viðmiðunarkerfi skaltu taka hlut, setja hann fyrir framan bekkinn og biðja einhvern að lýsa hreyfingu hans. Nemendur munu líklega svara að hluturinn sé í kyrrstöðu. Útskýrðu að það sé rétt, en ekki eina rétta svarið. Hjálpaðu nemendum að skilja að hluturinn situr kyrr en hreyfist líka á miklum hraða þegar jörðin snýst, gengur umhverfis sólina og svo framvegis. Þetta veltur allt á því hvernig viðmiðunarkerfið er skilgreint.

Hefjið umræðu sem miðar að því að gera afstæðiskenninguna minna ógnvekjandi. Leiðréttið þann misskilning að aðeins þrír menn í heiminum skilji kenningar Einsteins. Slíkar sögur urðu til vegna þess að seinni afstæðiskenning Einsteins, almenna afstæðiskenningin, var erfiðari að skilja. Í þessum kafla lærum við aðeins um takmörkuðu afstæðiskenninguna.