Leerdoelen
•Je kunt de twee postulaten van de speciale relativiteitstheorie uitleggen.
•Je kunt de begrippen referentiestelsel, ruststelsel, bewegend stelsel en inertiaalstelsel uitleggen.
•Je kunt uitleggen wat de speciale relativiteitstheorie speciaal maakt.
•Je kunt snelheden in de orde van grootte van de lichtsnelheid optellen volgens de bijbehorende formule.
De lichtsnelheid
De lichtsnelheid in vacuüm, aangeduid met het symbool
Stel je voor dat je in een raket vliegt met een snelheid van
De speciale relativiteitstheorie
Einsteins speciale relativiteitstheorie bestaat uit twee belangrijke postulaten:
1.De natuurkundige wetten zijn hetzelfde in elk inertiaalstelsel.
2.De lichtsnelheid in vacuüm is constant en onafhankelijk van de beweging van de waarnemer.
Referentiestelsels zijn coördinatenstelsels waarin waarnemers zich bevinden, bijvoorbeeld als je stilstaat of met constante snelheid beweegt.
Een ruststelsel is een stelsel waarin een object in rust is (bijv. een stilstaande auto aan een stoplicht), terwijl een bewegend stelsel een object is dat beweegt (bijv. een bus die voorbijrijdt).
Een inertiaalstelsel is een referentiestelsel waarin de resulterende kracht op een object nul is. Het object beweegt dan met een constante snelheid of staat stil.
Verschil tussen speciale en algemene relativiteitstheorie
De speciale relativiteitstheorie gaat over waarnemers in inertiaalstelsels en hoe natuurkundige wetten en lichtsnelheid voor hen hetzelfde zijn. Deze theorie beschrijft hoe snelheden worden opgeteld wanneer ze significant zijn ten opzichte van de lichtsnelheid en introduceert de concepten tijdrek en lengtekrimp.
De algemene relativiteitstheorie daarentegen beschrijft ook stelsels die versnellen en behandelt zwaartekracht als een gevolg van de kromming van ruimtetijd door massa en energie. Hierdoor volgen lichtdeeltjes de kromming, wat je kunt waarnemen door bijvoorbeeld afbuigingen van licht in de buurt van zware objecten zoals sterren of zwarte gaten.
Relativiteit van snelheid en ruimtetijd
De snelheid van een object is relatief; het hangt af van wie de snelheid meet en in welk referentiestelsel ze zich bevinden. Denk aan een bal die in een rijdende bus wordt gegooid - de snelheid van de bal kan variëren afhankelijk van de waarnemer.
Volgens het tweede postulaat van de relativiteitstheorie is de lichtsnelheid in vacuüm echter absoluut. Hierdoor moeten we anders gaan kijken naar ruimte en tijd, gecombineerd als ruimtetijd.
Gedachte-experimenten
Gedachte-experimenten spelen een cruciale rol in het begrijpen van de relativiteitstheorie. Dit zijn experimenten die in theorie goed mogelijk zijn, maar in de praktijk onuitvoerbaar.
Bijvoorbeeld als je in een raket met
