神马作文网至今难以理解的一个物理问题
来源：学生作业帮 编辑：神马作文网作业帮 分类：物理作业 时间：2024/11/12 22:03:29
至今难以理解的一个物理问题
如果一个物体放在平面镜前,移动平面镜,镜中的像会以2倍平面镜运动的速度运动,也就是当镜以V运动是,像就以2V运动,那么问题就来了,若镜以16万千米每秒运动（光速的一半以上都可以,只要不超过光速,是可以达到的）,那像就会以32万千米每秒运动,可是根据相对论,任何物体的速度都不可能达到或超过光速,而像的速度已经超过了光速,那么会怎么样,“镜中的世界”会“变形”吗?或推荐一些书籍供参考.
如果一个物体放在平面镜前,移动平面镜,镜中的像会以2倍平面镜运动的速度运动,也就是当镜以V运动是,像就以2V运动,那么问题就来了,若镜以16万千米每秒运动（光速的一半以上都可以,只要不超过光速,是可以达到的）,那像就会以32万千米每秒运动,可是根据相对论,任何物体的速度都不可能达到或超过光速,而像的速度已经超过了光速,那么会怎么样,“镜中的世界”会“变形”吗?或推荐一些书籍供参考.
高中物理很明显没有考虑相对论效应啊
其实,你不要考虑像的位置.你知道,镜子成的像是虚像,也就是没有实际光线会聚,实际空间并没有这样一个东西,所以不能直接讨论它的速度
那如何讨论它的速度呢?这就来源于光的反射
好,看我们是怎么测定像的速度的
像是光的反射形成的
假设镜子在0时刻位置是x,并且在x轴上移动,光源固定在原点.
0时刻,一束光从光源射出,照到镜子上,反射回到光源处（由于光比镜子快很多很多,所以我们认为这个过程中镜子没有动,还是在x处）,光传播的距离是2x
我们就认为像在距离光源2x的地方
t时刻,镜子走了vt,位置是x + vt,光源还是固定在原点,仍然让一束光照向镜子,光传播的距离是2x + 2vt,我们认为像在距离光源2x + 2vt的地方
这时候和0时刻相比,像走了2vt,时间是t,于是我们算出了其速度是2v
注意哦,这里我们用到了很多条件,首先就是光速远远超过镜子的速度,从而使得光照镜子的时候的传播时间不计了.
好,你现在说镜子加速到了一半光速,我们就先用0.5c计算一下吧
0时刻,一束光照向镜子,然后经过了x/0.5c的时间,光才到达镜子（注意,考虑到相对论问题,这里所有的速度、时间和距离都是指在地面参照系内的时间、速度和距离.一旦换参照系,就必须套用相对论公式了）
此时镜子已经运动到了2x的位置.那么光传播回来又经历了x/0.5c的时间
最终在4x/c时刻的时候,我们观察到了反射回来的那束光,位置是在4x距离之外.
此时镜子已经到达了3x的位置.
那么好,就在这时,我们再次发射一束光,到达镜子需要的时间是3x/0.5c
此时镜子的位置是6x
反射光再经过3x/0.5c的时间到达了光源被我们观测到
此时的时刻是16x/c,这束光走过的距离是12x
那么好,我们在4x/c的时刻测得像距离我们4x
在16x/c的时刻测得像距离我们12x
像的速度是多少呢?(12x - 4x)/(16x/c - 4x/c)
= 2c/3
并不是你期待的c哦
所以说,当镜子的速度和光可比拟的时候,镜子的成像规律就已经不再是你所熟知的2倍速度关系了.这个2倍速度关系的推导中,就已经用到了光速远远大于镜子速度.
这里我只是告诉你,的确,镜子里的像的速度在接近光速的时候,就不是2倍关系了.
当然,有可能,你设计出一种情况,导致像的速度大于光速了
那也没有什么呀,因为这个像本来就是一个数学概念,是人类为了计算方便引入的一个虚的物体.它本身并没有任何物理意义,也不需要满足任何物理定则.它只是数学地反映镜子前面的物理现象而已.
其实,你不要考虑像的位置.你知道,镜子成的像是虚像,也就是没有实际光线会聚,实际空间并没有这样一个东西,所以不能直接讨论它的速度
那如何讨论它的速度呢?这就来源于光的反射
好,看我们是怎么测定像的速度的
像是光的反射形成的
假设镜子在0时刻位置是x,并且在x轴上移动,光源固定在原点.
0时刻,一束光从光源射出,照到镜子上,反射回到光源处（由于光比镜子快很多很多,所以我们认为这个过程中镜子没有动,还是在x处）,光传播的距离是2x
我们就认为像在距离光源2x的地方
t时刻,镜子走了vt,位置是x + vt,光源还是固定在原点,仍然让一束光照向镜子,光传播的距离是2x + 2vt,我们认为像在距离光源2x + 2vt的地方
这时候和0时刻相比,像走了2vt,时间是t,于是我们算出了其速度是2v
注意哦,这里我们用到了很多条件,首先就是光速远远超过镜子的速度,从而使得光照镜子的时候的传播时间不计了.
好,你现在说镜子加速到了一半光速,我们就先用0.5c计算一下吧
0时刻,一束光照向镜子,然后经过了x/0.5c的时间,光才到达镜子（注意,考虑到相对论问题,这里所有的速度、时间和距离都是指在地面参照系内的时间、速度和距离.一旦换参照系,就必须套用相对论公式了）
此时镜子已经运动到了2x的位置.那么光传播回来又经历了x/0.5c的时间
最终在4x/c时刻的时候,我们观察到了反射回来的那束光,位置是在4x距离之外.
此时镜子已经到达了3x的位置.
那么好,就在这时,我们再次发射一束光,到达镜子需要的时间是3x/0.5c
此时镜子的位置是6x
反射光再经过3x/0.5c的时间到达了光源被我们观测到
此时的时刻是16x/c,这束光走过的距离是12x
那么好,我们在4x/c的时刻测得像距离我们4x
在16x/c的时刻测得像距离我们12x
像的速度是多少呢?(12x - 4x)/(16x/c - 4x/c)
= 2c/3
并不是你期待的c哦
所以说,当镜子的速度和光可比拟的时候,镜子的成像规律就已经不再是你所熟知的2倍速度关系了.这个2倍速度关系的推导中,就已经用到了光速远远大于镜子速度.
这里我只是告诉你,的确,镜子里的像的速度在接近光速的时候,就不是2倍关系了.
当然,有可能,你设计出一种情况,导致像的速度大于光速了
那也没有什么呀,因为这个像本来就是一个数学概念,是人类为了计算方便引入的一个虚的物体.它本身并没有任何物理意义,也不需要满足任何物理定则.它只是数学地反映镜子前面的物理现象而已.