Galileusz: spadanie ciał

1. Galileusz: spadanie ciał Wieżę wyprostował (2000) prof. inż. Jamiołkowski z Politechniki w Turynie

2. Galileusz: spadanie ciał …Ale to stwiredzenie ogólne nie ma żadnej wartości, jeśli nie wiadomo a jakich proporcjach rośnie prędkość, wniosek nieznany aż do naszych czasów dla wszystkich filozofów, a odkryty i wykazany przez Akademika, naszego wspólnego przyjaciela: który w niektórych swoich rękopisach, jeszcze nieopublikowanych a pokazanych w zaufaniu mnie i niektórym swoim przyjaciołom wykazuje, jak przyspieszenie ruchu prostoliniowego spadających ciał odbywa się w porządku kolejnych liczb nieparzystych, to znaczy zaznaczywszy jakie i ile równych czasów chcemy, jeśli w pierwszym czasie, ruszając ze stanu spoczynku, przybędzie określony odcinek, na przykład długość lufy, w drugim czasie trzy lufy, w trzecim pięć, w czwartym siedem, i tak sukcesywnie w porządku kolejnych liczb nieparzystych, co w sumie jest tym samym, co powiedzieć, że odcinki przebyte przez ciało, ruszając ze spoczynku, mają się do siebie w proporcji podwójonej w stosunku do czasów w jakich te odcinki są mierzone, lub możemy powiedzieć że odcinki przebyte mają się do siebie jak kwadraty czasów. Galileo Galilei Dialogo dei Massimi Sistemi, Oscar Mondadori, 1996, str. 231-232.

3. Galileusz: spadanie ciał Δs = 1:3:5:7... s=1/2 a t 2

4. II prawo Keplera (1619)

5. III prawo Keplera

6. Newton: Księżyc, też spada na Ziemię (cały czas) g/4000 R=384 tys. km R=6,374 tys. km g Kuba Garbacz, lat 9

7. „Na scieżkach fizyki współczesnej”Wykład 2„Wiek XX – wiek Einsteina”Grzegorz Karwaszkarwasz@fizyka.umk.pldydaktyka.fizyka.umk.pl Źródła: Wiki, ZDF UMK Toruń, 03.03.2015

8. Albert e Mileva Albert, as said by his two years younger sister Maja, learned to speak quite late. He used to „drawl” sentences like contemplating them. The mother, Paulina taught him to play cello, his uncle Jacob taught him algebra and an older friend, a medicine student, used to borrow him popular-science books. At age of 15, he studied by himself differential calculus. When Albert was one year old, his father’s company was to bankrupt, so the family moved from Ulm to München. Bismarck’s scholastic system, closed-minded teachers and studying as a duty, changed the school into a nightmare. In Italy, where the father moved just before Albert’s graduation, he revived. His parents wanted him to study at the Polytechnic in Zurich – the best high school outside Germany. Without Abitur he had to pass the admission exams. He fell in German and philosophy. Following Rector’s advice, Albert stayed one year in Switzerland, where he finally got Abitur. But against his father’s will, Albert decided to become a scientist, not an engineer. Once more Albert did not obey his father: when he got in love with Mileva Maric, a student of mathematics from Serbia (under Austria at that time). In 1901 they had a daughter who (probably) died. Mileva failed her graduation exams and stayed without job. The university research position, promised to him, went to another person: Albert also stayed without a job. Only after his father death, Albert married to Mileva. In 1904 their first son was born. Albert’s friend found him a work in Bern as a patent adviser. In a short time, till 1906, Albert published 6 works. In 1908 he got a „Privatdozent” at Bern University and a year later an associated professorship of Zurich Polytechnics. This position was offered to his friend Fridrich Adler – a faithful socialist who recognized that Einstein was better. Marriage with Mileva was a marriage in love. Albert wrote to Mileva with tenderness „my little doll”, and about the relativity theory he wrote „our theory”. In summer 1914, short before the war, Mileva left Berlin and came back with children to Zurich. Albert, with a friend, published a pacifistic „Manifest to Europeans” – what made him isolated inside the university staff.

9. 4 rękopisy, „które zmieniły świat” In 1905 A. Einstein, a technical expert of 3rd level in the Swiss Bureau of Patents published in the 17th volume of the “Annalen der Physik” three articles, written in four months period: in March about the emission and transformation of the light [1], in May about the thermal motion of the suspended particles in a liquid [2] and the last, at end of June on the electrodynamics of moving objects [3]. In volume 18th, published in September - the text on the mass of moving objects [4]. Another paper on Brown’s motion was published in December. These were not the first works of Einstein,  in 1901 he wrote about the capillarity, in years 1902-1904 some works on thermodynamics. In 1907, replying to Planck’s work he wrote: “… Mr. Planck introduced a new hypothetical element to the physics – a photon hypothesis”. But his works dated 1905 were the most extraordinary ones: very few men, except perhaps Newton in 1704, published so many new ideas in such a short time. The four 1905 manuscripts changed our understanding of Physics. The relativistic effect of the mass – means the atomic energy, photon hypothesis – mean lasers and digital photocamera, a constant velocity of light allows to determine dimensions of the Universe. In this sense, the four manuscripts changed all our Modern World. (C) GK

10. Ruchy „Browna”

11. Ruchy „Browna”

12. Efekt fotoelektryczny (Lenard 1902) Światło → prąd

13. O rozchodzeniu się światła z heurystycznego punktu widzenia

14. O rozchodzeniu się światła z heurystycznego punktu widzenia E=hν

15. Oko ludzkie, ... The human eye posses two types of receptors: rods for black and white vision and cones for colours, with three types of spectral sensitivity. The Joy of Visual Perception: A Web Book Peter K. Kaiser, York University  http://www.yorku.ca/eye/   The human eye is adapted to the Solar spectrum: rods are most sensitive in its maximum

16. Oko ludzkie, pszczoły, ... Our vision is different than that of honey-bees [1]. They react best to monochromatic patters, in particular to the yellow but posses also receptors of ultraviolet (with maximum efficiency at 344 nm). Bees see by the contrast with the green and ignore the brown colour. 11-Cis Retinal is a molecule bent at 90º. When illuminated, it stretches along, forming a chain. Another pigment, rho-dopsin serves for the black/white vision. This graphic was produced by Rajeev Narayan

17. Efekt fotoelektryczny (IR) Czujniki podczerwieni (na policzkach) mają żmije https://it.wikipedia.org/wiki/Crotalus

18. O elektrodynamice ciał w ruchu

19. O elektrodynamice ciał w ruchu

20. Doświadczenie Michelsona-Morleya (1887) Cleavland Wynik: Ziemia w stosunku do „eteru” spoczywa Einstein (1905): prędkość światła (w próżni) mierzona przez każdego obserwatora, niezależnie od jego prędkości, jest taka sama

21. https://pl.wikipedia.org/wiki/Szczególna_teoria_względnościhttps://pl.wikipedia.org/wiki/Szczególna_teoria_względności Szczególna teoria względności: - prawa fizyki, w szczególności prawa Maxwella, dla wszystkich obserwatorów „inercjalnych” tzn. poruszających się względem siebie ruchem jednostajnym i prostoliniowym są takie same. https://en.wikipedia.org/wiki/Annus_Mirabilis_papers#Special_relativity

22. STW: konsekwencje (1) – „rzut okiem” na zegar w ruchu • Dylatacja czasu (tj. spowolnienie zegarów, które są w ruchu, • w stosunku do nas) V ΔtV = Δt0 / √(1- V2/c2) D L c c V ΔtV /2 ΔtV=2D /c D2 = L2+(V Δ tV/2)2 .... Δt0=2L /c

23. STW: konsekwencje (2) – „rzut okiem” na sztabę w ruchu V L0 V LV LV = L0√(1- V2/c2) = skrócenie sztaby, która się porusza w stosunku do nas Literatura: Lawrence Lerner, Fizyka współczesna

24. STW: konsekwencje – czasoprzesteń „Minkowskiego” Zdarzenia w miejscach, których odległość w przestrzeni od nas jest większa niż ct są dla nas niedostępne. Nie ma też sensu pojęcie równoczesności zdarzeń – dla dwóch różnych obserwatorów dwa zdarzenia mogą zachodzić w odmiennej kolejności (tu znów „rzut okiem”)

25. Wszechświat „kończy się” w odległości 13.8 mld lat świetlnych • Kopernik: Ziemia, jakkolwiek wielką nie byłaby kulą, czym jest wobec wielkości Wszechświata, którego krańca nie znamy, a być może nawet znać nie możemy. Flammarion, około 1880

26. Efekt Sagnaca

27. Efekt Sagnaca – zastosowanie: żyroskop laserowy 330px-Ring_laser_gyroscope_at_MAKS-2011_airshow.jpg Sagnac_interferometer.svg.png 800px-Centrale-intertielle_missile_S3_Musee_du_Bourget_P1010652.JPG

28. Eksperyment Michelsona-Gale’a-Pearsona (1925) • Interferometr o obwodzie 1.9 km • Źródło światła – łuk węglowy • Rotacja Ziemi? • 230 parts in 1000, with an accuracy of 5 parts in 1000. The predicted shift was 237 parts in 1000 • 0.01°/hour

29. Artykuł nr 4 (3 strony): „Czy masa ciała zależy od jego energii?” Energia światła E=mc 2

30. E=mc2: konsekwencje

31. Jądrowa, termojądrowa i inne, czyli o przyszłości energetyki Grzegorz Karwasz Zakład Dydaktyki Fizyki, UMK Słupsk, 2012

32. E=mc2: energetyka jądrowa 3 GW = 1 milion gospodarstw domowych

33. E=mc2: antymateria 1 szklanka antywody = energia dla całej Warszawy na 1 rok

34. Canadian deuterium-uranium reactor CanDU at Quinsham

35. Voyager (1974): Bye, bye, Ziemio... Baterie na radioaktywny Pluton 2014: 139 j.A. odległości

36. Ewolucja gwiazd: reakcje termojądrowe • Arystoteles: „Nam się wydaje, że gwiazdy są niezmienne, a tak naprawdę żyją one własnym, bogatym życiem” De coeli Śmierć gwiazdy Narodziny gwiazdy 270px-Crab_Nebula.jpg 600px-RhoOph.jpg

37. Życie gwiazd

38. Narodziny gwiazd 611px-Rho_Ophiuchi.jpg 800px-Young_Stars_in_the_Rho_Ophiuchi_Cloud

39. Ogólna teoria względności • Galileusz (1589): wszystkie ciała spadają z tą samą prędkością przyspieszeniem g=9.81 (m/s)/s • Einstein (Praga, 1911): Dlaczego? • F = ma ↔ F=mg • „Grawitacja nie jest siłą działającą w przestrzeni, ale efektem zakrzywienia czasoprzestrzeni. Zakrzywienie wywołane jest obecnością materii” [1] [1] M. Abramowicz, „Gdzie uczonych sześć...” Urania, 1/2015 str. 58

40. Ogólna teoria względności (1915) a= - g g g

41.    Krzywizna czasoprzestrzeni „linia geodezyjna” = na wprost przed siebie ? grawitacja Krzywizna Gaussa k =±1/(RminRmax) Promień krzywizny R=1/k

42.          Krzywizna czasoprzestrzeni  ++ >180º  ++ <180º  ++ =180º Krzywizna Gaussa k =±1/(RminRmax)

43. Einstein: Ogólna teoria względności In 1916, Albert Einstein, professor in Berlin, submits another important paper, written with the help of his friend from studies, mathematician M. Grossmann.

44. Tensor czasoprzestrzeni

45. Geometria czasoprzestrzeni Source: AIP e11_1_medium.jpg GW-teaser.jpg

46. Einstein (1911-1916): OTW

47. OTW: przestrzeń nie-euklidesowa Only the Newton’s, 1/r gravitational field assures closed orbits of planets. If the field is non-Newtonian, or The space “curved”, non-Euclidean, then the orbits are open. Mercury, close to the Sun, probes the time-space curvature.

48. OTW: zakrzywienie promieni światła The deviation of light from GeneralRelativity is double as compared to that resulting from Newton’s theory.

49. OTW: zakrzywienie promieni światła National Optical Astronomy Observatory, Tucson www.noao.edu/image_gallery/html/im0553.htm Space Telescope Science Institute Q2237+0305 quasar HST 01247+0352 Gravitational lenses produce multiple images, like that of Q2237+0305 quasar. Many gravitational lenses were found by the Hubble telescope: HST 01247+0352 is a pair of images around the redspherical elliptical lensing galaxy.

50. Gravitational lenses act like this, multi-facets lens: from a single object they produce multiple images. „Rozbicie” obrazu