Εκφώνηση: Εφόσον υπάρχει άνω όριο στην ταχύτητα ενός σωματίου θα υπάρχει και άνω όριο στην ορμή και την κινητική του ενέργεια;
Σκέψη: Εξετάζουμε τις σχετικιστικές σχέσεις p = mu/√(1 − u²/c²) και K = mc²/√(1 − u²/c²) − mc² καθώς u → c.
Λύση:
Απάντηση: Όχι. Παρόλο που η ταχύτητα ενός σωματιδίου με μάζα δεν μπορεί να φτάσει το c, η ορμή του p = mu/√(1 − u²/c²) και η κινητική του ενέργεια K = mc²/√(1 − u²/c²) − mc² αυξάνονται χωρίς όριο καθώς η ταχύτητα πλησιάζει το c. Γι' αυτό, για να φτάσει ένα σώμα την ταχύτητα του φωτός θα χρειαζόταν άπειρη ενέργεια.
Πρόσεξε:
Εκφώνηση: Τελικά δεν ήταν και τόσο δύσκολο... Μια παράσταση της μορφής (1 + x)ⁿ μπορεί να εκφρασθεί ως άθροισμα όρων ως εξής: (1 + x)ⁿ = 1 + nx + [n(n − 1)/(1·2)]x² + [n(n − 1)(n − 2)/(1·2·3)]x³ + ... Με τη βοήθεια της παραπάνω μαθηματικής σχέσης προσπαθήστε να δείξετε ότι η σχέση K = mc²/√(1 − u²/c²) − mc² για u ≪ c δίνει K = ½mu².
Σκέψη: Γράφουμε 1/√(1 − u²/c²) = (1 − u²/c²)^(−1/2) και εφαρμόζουμε το ανάπτυγμα με n = −1/2 και x = −u²/c². Για u ≪ c το x είναι πολύ μικρό, οπότε κρατάμε μόνο τους δύο πρώτους όρους.
Λύση:
Απάντηση: Με n = −1/2 και x = −u²/c² είναι (1 − u²/c²)^(−1/2) ≈ 1 + u²/(2c²) για u ≪ c. Τότε K = mc²·[1 + u²/(2c²)] − mc² = ½mu². Άρα για ταχύτητες πολύ μικρότερες από την ταχύτητα του φωτός η σχετικιστική κινητική ενέργεια ταυτίζεται με την κλασική έκφραση ½mu².
Πρόσεξε:
