题目
宇宙飞船上的人拿着米尺,当飞船以gamma = c/2的速度经过地球时,米尺与飞船的运动平行。则静止在地球上的观测者测量米尺的长度是多少?A. 1mB. 2mC. 0.5mD. 以上都不是
宇宙飞船上的人拿着米尺,当飞船以$\gamma = c/2$的速度经过地球时,米尺与飞船的运动平行。则静止在地球上的观测者测量米尺的长度是多少?
A. 1m
B. 2m
C. 0.5m
D. 以上都不是
题目解答
答案
D. 以上都不是
解析
本题考查狭义相对论中的长度收缩效应。解题思路是先明确长度收缩公式,再根据题目所给条件,将飞船速度代入公式计算出地球上观测者测量米尺的长度。
根据狭义相对论,当物体相对于观测者以速度$v$运动时,沿运动方向的长度会发生收缩,其长度收缩公式为$L = L_0\sqrt{1 - \frac{v^2}{c^2}}$,其中$L_0$是物体在相对静止参考系中的长度(固有长度),$L$是物体在相对运动参考系中的长度,$v$是物体相对于观测者的运动速度,$c$是真空中的光速。
已知飞船速度$v=\frac{c}{2}$,米尺在飞船参考系中的长度$L_0 = 1m$(因为米尺在飞船上静止,所以这是固有长度)。
将$v=\frac{c}{2}$和$L_0 = 1m$代入长度收缩公式$L = L_0\sqrt{1 - \frac{v^2}{c^2}}$可得:
$\begin{align*}L&=1\times\sqrt{1 - \frac{(\frac{c}{2})^2}{c^2}}\\&=\sqrt{1 - \frac{\frac{c^2}{4}}{c^2}}\\&=\sqrt{1 - \frac{1}{4}}\\&=\sqrt{\frac{3}{4}}\\&=\frac{\sqrt{3}}{2}m\\&\approx0.866m\end{align*}$
由于计算结果$\frac{\sqrt{3}}{2}m\approx0.866m$,与选项A、B、C中的值都不相同。