물리학:특수상대론 편집하기

{{22개정 물리학}}

== 배우는 이유 ==
{| class="wikitable"
!흥미적
이유
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=== 출발질문(마지막까지 학습한 후에 대답해보세요~) ===

#
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!직업적
이유
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*GPS 등 시간과 관련한 정밀 장비에서 반드시 필요한 지식.
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!학문적
이유
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*우주의 비밀을 파헤친다...!
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!너희들은?
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!배워야 할 것
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*
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== 도입 ==
<youtube>https://www.youtube.com/watch?v=FCn8MFtcRkA</youtube>

== 학습 ==

=== 영상 ===
{| class="wikitable"
!수업
!영상
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== 수업요약 ==

=== 핵심개념 ===
{| class="wikitable"
!개념
!설명
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=== 전개질문 ===

# 빛의 속도에 가깝게 달리는 우주선 안에서 손전등을 켜면 빛은 내게서 얼마나 빠르게 멀어질까?

=== 도착질문 ===

# 태양이 갑자기 사라지면 지구에선 언제 그 사실을 알게 될까?

=== 생각해볼 만한 질문 ===

*

== 학생들의 질문 ==

=== 수업 중 떠오른 질문 ===
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!학생 질문
!교사 코멘트
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=== 상위개념 및 개쩌는 질문 ===
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!분류
!질문
!대답
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=== 별로인 질문 ===
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!분류
!질문
!대답
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=== 해결하지 못한 질문 ===
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!분류
!질문
!대답
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=== 코멘트 및 후배들에게 ===
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!질문
!대답
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= 더 나아가기 =
교과 내용이 너무 쉬워서 더 공부하고 싶은 사람들을 위하여.{{접기|제목=보기 전에 먼저 생각해보세요~|내용=|형태=mw-collapsed toccolours}}

=== 수업 후, 흥미로운 것 ===
시간이 남을 때에만 보세요~

= 답 =

=== 빛의 속도에 가깝게 달리는 우주선 안에서 손전등을 켜면 빛은 내게서 얼마나 빠르게 멀어질까? ===

{| class="wikitable"
!학생 답변
!교사 코멘트
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* 관측자의 운동 상태와 관계없이 빛의 속도는 <math>c</math>로 동일하기 때문에 나에게서 <math>c</math>의 속도로 멀어진다.
* 광속 불변의 원리로 관찰자(우주선 안에 타고 있는 사람) 또한 초속 30만 km로 멀어지는 것처럼 보일 것이다.
* 광속 불변의 원리에 따라 외부에서 보든 내부에서 보든 똑같이 <math>c</math>로 멀어질 것이다.
* 광속은 어떤 관측자에 대해서도 일정하기 때문에 똑같이 광속으로 멀어진다.
* 우주선 안에 있는 내가 측정해도 빛은 항상 초속 약 3억 m의 빛의 속력 <math>c</math>로 멀어진다.
* 광속 불변의 원리에 의해 빛은 내게서 항상 빛의 속도, 즉 초속 약 30만 km로 멀어진다.
* 빛의 속도 <math>c</math>는 모든 관성계에서 불변이기 때문이다.
* 빛의 속도는 항상 일정하기 때문에 똑같이 빛의 속도로 멀어진다.
* 초속 약 30만 km, 즉 광속 <math>c</math> 그대로 멀어진다. 우주선이 아무리 빨라도 빛의 속도는 관찰자와 상관없이 항상 일정하기 때문이다.
* 특수 상대성 이론의 광속 불변 원리에 의해 운동 상태에 관계없이 똑같이 빛의 속도 <math>c</math>로 멀어질 것이다.
* 우주선이 빛의 속도에 매우 가깝게 달려도 우주선 안에서 손전등을 켜면 빛은 나에게서 항상 초당 약 30만 km, 즉 빛의 속도로 멀어진다. 상대성 이론에서는 누가 움직이든 빛의 속도가 같기 때문이다.

* 현재 빛을 관측하는 관찰자는 나이므로 내가 정지해 있다고 생각하면 빛은 일정한 속도로 빠르게 멀어진다. 빛의 속도는 일정하다는 것을 전제로 하기에 빛의 속도는 변하지 않는다고 볼 수 있다.
* 빛의 속도에 가깝게 달리더라도 내부 관찰자인 나의 관점에서는 우주선의 운동이 아무런 의미가 없으므로 빛이 나에게서 빛의 속도로 멀어진다.
* 빛의 속도는 일정하고 나도 우주선에 타 있으며 손전등을 내가 들고 있어서 우주선의 속도와 관계가 없다.
|'''완벽한 답변. 굳!'''

우주선 안의 관찰자가 측정한 빛의 속력은 우주선의 속력과 관계없이 항상

<center><math>c=299\,792\,458\ \mathrm{m/s}\approx 3.0\times10^8\ \mathrm{m/s}</math></center>

이다.

핵심은 빛의 속력에 우주선의 속력을 단순히 더하거나 빼지 않는다는 것임.

고전역학의 속도 합성이라면 빛의 속력을 <math>c-v</math> 또는 <math>c+v</math>처럼 생각할 수 있지만, 특수 상대성 이론에서는 로렌츠 속도 변환을 사용함. 따라서 우주선 안에서도, 우주선 밖에서도 진공 속 빛의 속력은 똑같이 <math>c</math>로 측정됨.
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* 빛의 속도는 항상 일정하기 때문에 똑같이 빛의 속도로 멀어진다. 로렌츠 인자를 이용해 계산하면 <math>c</math>인 것을 증명할 수 있다.
* 광속 불변의 원리에 의해 빛의 속도에 가깝게 달리는 우주선 안에서 손전등을 켜더라도 빛의 속도로 멀어진다. 빠르게 움직이는 우주선은 외부 관찰자가 볼 때 시간 지연과 길이 수축이 일어나므로 관찰자가 어디에 있든 빛은 빛의 속도로 멀어진다.
|빛의 속도가 일정하기 때문에 시간 팽창과 길이 수축을 말할 수 있고, 동시에 결과 때문에 빛의 속력이 일정하게 관찰된다고 해석하는 것도 맞음!!
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* 똑같이 빛의 속도.
* 속도는 안 변한다.
* 빛의 속도로 멀어진다.
* 원래 빛의 속도만큼 빠르게 나에게서 멀어진다.
* 빛의 속도는 항상 일정하기 때문에 광속으로 멀어진다.
* 광속.
* 광속 불변의 원리에 의해 빛의 속도로 멀어진다.
|'''결론은 맞음!'''

우주선 안의 내가 측정한 빛의 속력은 <math>c</math>임.

다만 답변이 짧아서 “왜 그런가?”에 대한 설명이 부족한 경우.
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* 빛의 속도에 가깝게 달리는 우주선 안에서 손전등을 켜더라도 빛의 속도는 변하지 않고 약 초속 30만 km로 멀어진다. 광속 불변의 원리 때문이다. 빛의 속도는 우주선의 속도와 더해지지 않으며, 이를 유지하기 위해 우주선 내부의 시간이 천천히 흐르고 공간이 줄어드는 현상이 일어난다.
|우주선 내부의 관찰자에게는 자신의 시간과 공간이 평소와 똑같이 측정됨. 우주선 내부의 시간이 스스로 느리게 흐르거나 우주선 내부의 모든 공간이 스스로 줄어드는 것은 아님.

다만, 우주선 밖의 관찰자가 우주선의 시계를 측정하면 시간 지연을 관측하고, 우주선의 운동 방향 길이를 측정하면 길이 수축을 관측함. 그래서 '저 녀석도 빛은 빛의 속도로 관찰하겠구나'를 생각하는거지.(그리고, 단순히 시간팽창과 길이수축만으로는 설명이 어려움. 로렌츠변환이 필요함.)
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* 빛의 속도는 절대적이기 때문에 똑같이 빛의 속도로 멀어질 것이다.
|'절대적'이라는 말이 좀 걸림. 선생님도 일반상대론을 제대로 공부하진 못했지만, 거기선 달라질 여지도 있지 않을지!?
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* 우주선 내부에서의 관찰자에게 빛은 기존과 같은 초속 300,000 km로 멀어지지만, 우주선 외부의 관찰자에게는 빛의 속도에서 우주선의 속도를 뺀 만큼의 속도로 빛이 멀어진다.
|오개념;;;;;
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* 초속 30만 m/s로 멀어진다. 빛의 속도는 어디에서나 항상 같다는 광속 불변의 법칙이 적용되기 때문이다.
|단위가 틀림. 초속 30만 km라고 해야 함.
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* 빛 속도를 멀어진다.
|국어 이슈;;;
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=== 태양이 갑자기 사라지면 지구에선 언제 그 사실을 알게 될까? ===
{| class="wikitable"
!학생 답변
!교사 코멘트
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= 생기부 기록 예시 =
{| class="wikitable"
!
!선생님코멘트
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= 각주 =