DONEER
WETENSCHAPPELIJKE BOEKEN
LEZINGEN

Home
Nieuw
  • De Natuur spreekt: Het Woud
  • De Natuur spreekt: De Golf
  • Het probleem van de gevangenen
  • Mijn nieuwe fiets
  • Bereken de energie-inhoud van het elektrische veld van een geladen bol
  • De race tegen de lichtstraal
  • Wat maakt een zwart gat nou eigenlijk tot een zwart gat?
  • Bereken de Ricci-scalar voor de Schwarzschild-metriek
  • Bereken alle componenten van de Ricci-tensor voor de Schwarzschild-metriek
  • Laat zien dat de Schwarzschild-oplossing een oplossing is van de vergelijkingen van de algemene relativiteitstheorie
  • Bereken het elektrische veld van een hele lange geladen geleider
  • Schrijf de Schwarzschild-metriek om van bolcoördinaten naar isotrope coördinaten
  • Leid de wet van Betz af
  • Is er voldoende zonne-energie beschikbaar om aan de energiebehoefte van de mensheid te voldoen?
  • De energie die een zwart voorwerp uitstraalt
  • Kalender van de jaren 0001 − 3000 met weekdagen
  • Bereken de kinetische energie van een voorwerp
  • Wat geeft jouw leven betekenis?
  • Analyse van een model voor de dichtheid van de Zon
  • Schrijf de ART-vergelijkingen volledig uit in componenten van de metrische tensor
  • Hoe vormt zich de Ricci-scalar?
  • Hoe vormt zich de Ricci-tensor?
  • Wat is de metrische tensor?
  • Covariant en contravariant, een uitgewerkt voorbeeld
  • Hoeveel onafhankelijke componenten heeft de Riemann-tensor?
  • Wat is de Bianchi-identiteit?
  • Hoeveel mathematisch verschillende componenten heeft de Riemann-tensor maximaal?
  • Toon alle symmetrieën van de Riemann-tensor aan
  • Geef een overzicht van alle relativistische transformatievergelijkingen
  • De reis naar het sterrenstelsel Andromeda
  • Het klimaatprobleem
  • Hyperbolische functies in elkaar omschrijven
  • De trompet van Torricelli
  • Over corona: taalgebruik
  • Over corona: wat heb ik te doen?
  • Matrices
  • Laat op verschillende manieren zien dat het inwendig product invariant is
  • Hoe bepaal je de covariante - en contravariante componenten van een vector?
  • Involuties
  • Het reciprociteitsprincipe
  • Hoe weet je dat de Lorentz-transformaties lineair moeten zijn?
  • Bereken het traagheidsmoment van de Zon
  • Hoe modelleer je de dichtheid van de Zon?
  • Hoe kom je er achter dat er een maximale snelheid is?
  • Snelheden relativistisch optellen zonder lichtsnelheidinvariantie
  • Het elektron op de as van een geladen ring
  • Bereken het elektrische veld op de as van een geladen ring
  • Eén gram elektronen in een kistje hier en op de Maan, wat gebeurt er?
  • Vind een zo algemeen mogelijke oplossing voor de algemene golfvergelijking
  • Leid de algemene golfvergelijking af
    • Wiskunde
  • Tabel met afgeleiden
  • Tabel met integralen
  • Tabel met Taylor-reeksen
  • Differentiëren
  • Integreren
  • Integratiemethoden
  • Wiskunde algemeen
  • Machtsverheffen, worteltrekken, logaritme neming
  • Tweedegraads vergelijking oplossen
  • Derdegraads vergelijking oplossen
  • Goniometrie
  • Hyperbolische functies
  • Vergelijkingstabel goniometrische - en hyperbolische functies
  • Vectoren
  • Vraagstukken over vectoren
  • Vraagstukken over tensoren
  • De stelling van Gauss
  • De stelling van Green
  • De stelling van Stokes
  • De Euler-Lagrange-vergelijking
  • Differentiaal geometrie
  • Fourier-analyse
  • Matrices
  • Involuties
  • Bijzondere figuren
  • Boekhouden
  • Raadsels
  • Boeken over wiskunde te koop
    • Natuurkunde
  • Relativiteitstheorie
  • Astronomie
  • Kwantummechanica
  • Elektriciteit en magnetisme
  • Algemene natuurkunde
  • Boeken over natuurkunde te koop
    • Filosofie
  • De grote vragen in het leven
  • De illusies die wij leven
  • Reizigers naar de werkelijkheid
  • Vertellingen
  • Gedichten over Liefde
    • Diversen
  • Sitemap
  • Recent toegevoegde pagina’s
  • Kalender van de jaren 0001 − 3000 met weekdagen
  • Index: personen
  • Index: trefwoorden
  • Notatie en terminologie
  • LaTeX
  • Fysische gegevens
  • Woordenboek: Nederlands - Engels
  • Woordenboek: Engels - Nederlands
  • Cookiebeleid
    • Natuurkundeclub Gℏc
  • Natuurkundeclub Gℏc (openbare pagina)
  • Natuurkundeclub Gℏc (besloten pagina)
    • Stamboom Contact

    Klassiek als limietgeval van relativistisch

    Het klassieke wereldbeeld (lees: de wereld volgens Newton) is een limietgeval van het relativistische wereldbeeld (lees: de wereld volgens Einstein). Hoe zit dat precies?

    Klassiek gezien is tijd gewoon tijd. Tijd is universeel en voor iedereen tikt de tijd in hetzelfde ritme voort. Daarnaast is het vanzelfsprekend dat ruimte een of ander gigantisch onzichtbaar podium is waarop het leven zich afspeelt. Tot aan het einde van de negentiende eeuw was dit zover boven alle twijfel verheven dat men niet eens op het idee kwam om dit in twijfel te trekken. En zo waren er nog wel meer natuurkundige parameters, zoals bijvoorbeeld massa en energie, waarvoor een universele waarheid leek te gelden. Met de komst van Einstein veranderde dit allemaal en in 1905 haalde hij alles wat tot dan toe zo logisch leek onderuit en toonde de mensheid een nieuwe onbevattelijke werkelijkheid.


    Taylor

    Waar ik mij iedere keer weer over verbaas is hoe mooi deze relativistische wereld onder huis-tuin-en-keuken-omstandigheden naadloos overgaat in het klassieke wereldbeeld. Dat weet ik, en u ook want dat is immers onze dagelijkse realiteit, maar bovendien doet de wiskunde (uiteraard) perfect mee. Voor de limietovergang naar lage snelheden of geringe zwaartekracht gaan alle relativistische vergelijkingen over in hun klassieke evenbeelden, terwijl de vergelijkingen het tegelijkertijd niet toestaan dat de lichtsnelheid bereikt wordt, laat staan overschreden wordt. Om dat te benadrukken heb ik de meeste vergelijkingen ontwikkeld in een Taylor-reeks waaruit telkens weer blijkt dat de eerste term de klassieke oplossing is en de overige termen de relativistische bijdrage vormen. Bij de lichtsnelheid ontstaan er ook in alle gevallen wiskundige problemen, noemers worden nul of er moet de wortel of logaritme genomen worden van een negatief getal.

    Over deze gecombineerde schoonheid van natuurkunde en wiskunde gaat deze pagina. Oftewel, Newton als limietgeval van Einstein.

    De Lorentz-factor

    Wanneer je je verdiept in relativiteitstheorie dan vliegen de γ’s je al snel om de oren. De Lorentz-factor γ heeft geen echte klassieke tegenhanger, anders dan het getal één. Klassiek is tijd immers gewoon tijd en dit gold ook nog voor een aantal andere zaken. Reden genoeg om hier te openen met die wereldberoemde γ.
    Klassiek
    Relativistisch

    De Lorentz-factor als functie van β,
    klassiek (de rode lijn) en relativistisch (de groene lijn)
    Voor alle details en de afleidingen van bovenstaande vergelijkingen zie deze pagina.
    Hoe dit in de praktijk uitwerkt zie deze pagina.

    Tijddilatatie en lengtecontractie

    Tijd is helemaal niet universeel, tijd loopt langzamer (tijddilatatie) en afstanden krimpen (lengtecontractie) wanneer twee waarnemers ten opzichte van elkaar bewegen. Hoe onbevattelijk het ook is voor onze grijze massa, het is echt waar.
    Klassiek
    Relativistisch

    Tijddilatatie en lengtecontractie als functie van β,
    klassiek (de rode lijn) en relativistisch (de groene lijn)
    Voor alle details en de afleidingen van bovenstaande vergelijkingen zie deze pagina.
    Hoe dit in de praktijk uitwerkt zie deze pagina.

    De Lorentz-transformaties

    Tijddilatatie en lengtecontractie vragen om nieuwe transformatievergelijkingen om tijd en positie van twee waarnemers, die ten opzichte van elkaar bewegen, van het ene referentiekader naar het andere om te rekenen. Klassiek deed men dit met de Galileïsche transformaties en daarvoor kwamen de Lorentz-transformaties in de plaats.
    Klassiek
    (Galileï-transformaties)
    Relativistisch
    (Lorentz-transformaties)
    Voor alle details en de afleidingen van bovenstaande vergelijkingen zie deze pagina.
    Hoe dit in de praktijk uitwerkt zie deze pagina.

    Versnelling

    De Lorentz-transformaties werken perfect, maar alleen bij constante snelheden. Wanneer er versnelling in het spel komt dan openbaart zich een zo mogelijk nog boeiender wereld. Hieronder staan de vergelijkingen waarmee afstand, snelheid, versnelling en tijd omgerekend kunnen worden tussen twee waarnemers waarvan er eentje met constante versnelling beweegt. W2 is de waarnemer die gaat versnellen en W1 is de waarnemer die ‘stilstaat’ en het allemaal ziet gebeuren.
    Bewegingsparameters bij constante versnelling voor W1
    W1 Relativistisch Limiet voor t → 0
    (= klassiek)    		 Limiet voor t → ∞
    Afgelegde weg
    Snelheid
    Versnelling
    Tijd
    Bewegingsparameters bij constante versnelling voor W2
    W2 Relativistisch Limiet voor t’ → 0
    (= klassiek)    		 Limiet voor t’ → ∞
    Afgelegde weg
    Snelheid
    Versnelling
    Tijd

    x als functie van t voor a0’ = 10 m/s2,
    klassiek (de rode lijn) en relativistisch (de groene lijn)

    x’ als functie van t’ voor a0’ = 10 m/s2,
    klassiek (de rode lijn) en relativistisch (de groene lijn)

    v als functie van t voor a0’ = 10 m/s2,
    klassiek (de rode lijn) en relativistisch (de groene lijn)

    v’ als functie van t’ voor a0’ = 10 m/s2,
    klassiek (de rode lijn) en relativistisch (de groene lijn)

    a als functie van t voor a0’ = 10 m/s2,
    klassiek (de rode lijn) en relativistisch (de groene lijn)

    a’ als functie van t’ voor a0’ = 10 m/s2,
    klassiek (de rode lijn) en relativistisch (de groene lijn)

    t als functie van t’ voor a0’ = 10 m/s2,
    klassiek (de rode lijn) en relativistisch (de groene lijn)

    t’ als functie van t voor a0’ = 10 m/s2,
    klassiek (de rode lijn) en relativistisch (de groene lijn)
    Voor alle details en de afleidingen van bovenstaande vergelijkingen zie deze pagina.
    Hoe dit in de praktijk uitwerkt zie deze pagina en deze pagina.

    Snelheden optellen

    Zet alles wat logisch is (lees: waar je mee bent grootgebracht) maar bij het grof vuil wanneer je met relativiteitsheorie aan de slag gaat, want zelfs zoiets simpels als het optellen van twee snelheden blijkt ineens anders uit te pakken. Het is net alsof één plus één niet meer gelijk is aan twee. Je kunt snelheden weliswaar nog steeds op de ouderwetse manier bij elkaar optellen (tot een bepaalde nauwkeurigheid) zolang je maar niet te hard gaat. Want honderd kilometer per uur plus honderd kilometer per uur is relativistisch nog steeds tweehonderd kilometer per uur tot op meer dan tien cijfers achter de komma nauwkeurig! Maar welke twee snelheden je ook optelt, ook al is het tweemaal de lichtsnelheid, de som van beide komt nimmer boven de lichtsnelheid uit zoals uit onderstaande grafiek blijkt.
    Klassiek
    Relativistisch

    De som van twee snelheden v1 en v2, horizontaal staat v1 (als fractie van de lichtsnelheid) en
    verticaal staat de somsnelheid (als fractie van de lichtsnelheid) voor v2 = 0.000001c (de rode lijn),
    v2 = 0.1c (de groene lijn), v2 = 0.5c (de oranje lijn), v2 = 0.9c (de paarse lijn) en v2 = 0.99c (de blauwe lijn)
    Voor alle details en de afleidingen van bovenstaande vergelijkingen zie deze pagina.
    Hoe dit in de praktijk uitwerkt zie deze pagina.

    Kinetische energie

    Kinetische energie is bewegingsenergie, hoe zit dat dan klassiek en relativistisch? Want indien de lichtsnelheid de maximale snelheid is dan lijkt dat ook een bovengrens te impliceren voor de kinetische energie van een voorwerp. En inderdaad, ook hier blijkt de klassieke mechanica slechts een limietovergang van de relativistische werkelijkheid.
    Klassiek
    Relativistisch

    Kinetische energie als functie van β voor m0 = 1 kg,
    klassiek (de rode lijn) en relativistisch (de groene lijn)
    Voor alle details en de afleidingen van bovenstaande vergelijkingen en hoe dit in de praktijk uitwerkt zie deze pagina, deze pagina en deze pagina.

    Het Doppler-effect

    Het Doppler-effect kennen we uit de praktijk wanneer we, zittend in een trein, een spoorwegovergang passeren. Tijdens het naderen van de spoorwegovergang gaat de toonhoogte van de bellen omhoog en na de passage weer omlaag. Twee eeuwen geleden is dit verschijnsel door meneer Doppler beschreven en hij beschreef dat voor twee aparte situaties: de geluidsbron beweegt (naar de waarnemer toe of er vandaan) of de waarnemer beweegt (naar de bron toe of er vandaan). Relativistisch mag dat uiteraard niet uitmaken en Einstein vangt in 1905 het Doppler-effect in één enkele vergelijking. Voor lage snelheden (en geluid is niet zo snel) gaat die vergelijking naadloos over in de vergelijkingen van Doppler.
    Klassiek
    (voor bewegende waarnemer
    respectievelijk bewegende bron)
    Relativistisch
    Voor alle details en de afleidingen van bovenstaande vergelijkingen en hoe dit in de praktijk uitwerkt zie deze pagina.

    Energie

    Energie is een behouden grootheid, dat klopt, maar dat wil nog niet zeggen dat iedereen een bepaalde hoeveelheid energie als precies hetzelfde aantal joules waarneemt. Bewegende waarnemers nemen energie verschillend waar, en ook dit werd door Einstein haarscherp duidelijk gemaakt. In dit geval hebben we het over elektromagnetische golven, en de energie die besloten zit in het elektrische - en magnetische veld.
    Klassiek
    Relativistisch

    E’/E als functie van β,
    klassiek (de rode lijn) en relativistisch (de groene lijn),
    de bron verwijdert zich van de waarnemer

    De grafiek van E’/E als functie van β,
    klassiek (de rode lijn) en relativistisch (de groene lijn),
    de bron nadert de waarnemer
    Voor alle details en de afleidingen van bovenstaande vergelijkingen zie deze pagina.

    Het impulsmoment van een holle bol

    Klassiek
    Relativistisch

    Het impulsmoment van de bol als functie van β voor m0 = 1 kg en R = 1 m,
    klassiek (de rode lijn) en relativistisch (de groene lijn)
    Voor alle details en de afleidingen van bovenstaande vergelijkingen zie deze pagina.

    De rotatie-energie van een holle bol

    Klassiek
    Relativistisch

    De rotatie-energie van de bol als functie van β voor m0 = 1 kg,
    klassiek (de rode lijn) en relativistisch (de groene lijn)
    Voor alle details en de afleidingen van bovenstaande vergelijkingen zie deze pagina.

    Het impulsmoment van een massieve bol

    Klassiek
    Relativistisch

    Het impulsmoment van de bol als functie van β voor m0 = 1 kg en R = 1 m,
    klassiek (de rode lijn) en relativistisch (de groene lijn)
    Voor alle details en de afleidingen van bovenstaande vergelijkingen zie deze pagina.

    De rotatie-energie van een massieve bol

    Klassiek
    Relativistisch

    De rotatie-energie van de bol als functie van β voor m0 = 1 kg,
    klassiek (de rode lijn) en relativistisch (de groene lijn)
    Voor alle details en de afleidingen van bovenstaande vergelijkingen zie deze pagina.
    Door naar het volgende vraagstuk: de transformatievergelijkingen voor krachten
    Terug naar het vorige vraagstuk: het relativistische impulsmoment van een massieve bol
    Naar de overzichtspagina met vraagstukken
    Naar de overzichtspagina relativiteitstheorie
    De integraal van
    f (x) = x (a2 − x2)1/2
    De integraal van
    f (x) = x sin (ax)
    De integraal van
    f (x) = arcoth (ax)
    De integralen van
    f (x) = xn (ax + b)1/2
    Vectoren, vraagstuk 23
    Vectoren, vraagstuk 61
    Vraagstukken xref voor de UT
    Tabel met Taylor-reeksen
    De Taylor-reeks van
    f (x) = e−ax
    Lijnen trekken door negen punten
    Uitleg artikel algemene relativiteitstheorie: paragraaf 1
    De invariante lichtsnelheid en tijddilatatie
    Relativistische afleiding van de formule van Heaviside
    De zwaartekracht van een homogene ronde ster
    Het elektrische veld op de as van een geladen ring
    De illusies die wij leven
    De illusie van spoken uit het verleden
    Herkomst van de Odyssee
    De Natuur spreekt: Sky/De Lucht
    Natuurkundeclub Gℏc
    Naar de overzichtspagina wiskunde
    Naar de overzichtspagina natuurkunde
    Naar de overzichtspagina filosofie
    Doneer enkele euro’s
    Wetenschappelijke boeken te koop
    Lezingen
    Alle rechten voorbehouden / All rights reserved © Karel de Vlieger 2010 − 2023