물리학:특수상대론

틀:22개정 물리학 단원 보기

1단원. 역학과 에너지

1. 물리학:힘의 상호작용
2. 물리학:역학적 에너지 보존
3. 물리학:열에너지

2단원. 물질과 전자기장

1. 물리학:전기장과 전기력
2. 물리학:소비전력
3. 물리학:축전기
4. 물리학:자성
5. 물리학:전류의 자기작용
6. 물리학:전자기 유도

3단원. 파동과 정보 통신

1. 물리학:특수상대론

배우는 이유

흥미적 이유	출발질문(마지막까지 학습한 후에 대답해보세요~)
직업적 이유	GPS 등 시간과 관련한 정밀 장비에서 반드시 필요한 지식.
학문적 이유	우주의 비밀을 파헤친다...!
너희들은?
배워야 할 것

학습

영상

수업	영상

수업요약

핵심개념

개념	설명

전개질문

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

도착질문

1. 태양이 갑자기 사라지면 지구에선 언제 그 사실을 알게 될까?

학생들의 질문

수업 중 떠오른 질문

학생 질문	교사 코멘트

상위개념 및 개쩌는 질문

분류	질문	대답

별로인 질문

분류	질문	대답

해결하지 못한 질문

분류	질문	대답

코멘트 및 후배들에게

질문	대답

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답

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

학생 답변	교사 코멘트
관측자의 운동 상태와 관계없이 빛의 속도는 $c$로 동일하기 때문에 나에게서 $c$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 $c$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 $c$로 멀어진다. 광속 불변의 원리에 의해 빛은 내게서 항상 빛의 속도, 즉 초속 약 30만 km로 멀어진다. 빛의 속도 $c$는 모든 관성계에서 불변이기 때문이다. 빛의 속도는 항상 일정하기 때문에 똑같이 빛의 속도로 멀어진다. 초속 약 30만 km, 즉 광속 $c$ 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 $c$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 $c=299792458\mathrm{m}/\mathrm{s}\approx 3.0\times 10^8\mathrm{m}/\mathrm{s}$ 이다. 핵심은 빛의 속력에 우주선의 속력을 단순히 더하거나 빼지 않는다는 것임. 고전역학의 속도 합성이라면 빛의 속력을 $c-v$ 또는 $c+v$처럼 생각할 수 있지만, 특수 상대성 이론에서는 로렌츠 속도 변환을 사용함. 따라서 우주선 안에서도, 우주선 밖에서도 진공 속 빛의 속력은 똑같이 $c$로 측정됨.
빛의 속도는 항상 일정하기 때문에 똑같이 빛의 속도로 멀어진다. 로렌츠 인자를 이용해 계산하면 $c$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!!
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 $c$임. 다만 답변이 짧아서 “왜 그런가?”에 대한 설명이 부족한 경우.
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.)
빛의 속도는 절대적이기 때문에 똑같이 빛의 속도로 멀어질 것이다.	'절대적'이라는 말이 좀 걸림. 선생님도 일반상대론을 제대로 공부하진 못했지만, 거기선 달라질 여지도 있지 않을지!?
우주선 내부에서의 관찰자에게 빛은 기존과 같은 초속 300,000 km로 멀어지지만, 우주선 외부의 관찰자에게는 빛의 속도에서 우주선의 속도를 뺀 만큼의 속도로 빛이 멀어진다.	오개념;;;;;
초속 30만 m/s로 멀어진다. 빛의 속도는 어디에서나 항상 같다는 광속 불변의 법칙이 적용되기 때문이다.	단위가 틀림. 초속 30만 km라고 해야 함.
빛 속도를 멀어진다.	국어 이슈;;;

태양이 갑자기 사라지면 지구에선 언제 그 사실을 알게 될까?

학생 답변	교사 코멘트
8분 뒤. 태양에서 지구까지 광속으로 8분이기 때문에 태양이 사라진 후 사라지기 전 마지막에 나온 빛이 약 8분 정도 뒤에 지구에 도착한 후 더이상 빛이 도달하지 않아서 알게 될 것이다. 태양에서 나온 빛이 지구에 도착하는 데 약 8분 20초가 걸린다. 그래서 태양이 갑자기 사라진다면, 지구에서는 그동안 평소처럼 태양빛을 보다 약 8분 20초 후에야 태양이 사라졌다는 사실을 알게 된다. 태양과 지구 사이의 거리는 약 1억 5천만 km 이므로 초속 30만 키로미터인 빛은 약 8분 20초 후에 지구에 도달하여 그 사실을 알게 될 것이다. 태양과 지구 사이 거리가 약 1억 5000만 km이고 빛은 약30만 km/s 이기에 나누면 500초로 8분 20초 정도 후에 알게될 것이다. 태양에서 지구까지 빛이 오는 데 약 8분 20초가 걸리므로 지구에서는 약 8분 20초 뒤에야 태양이 사라진 사실을 알 수 있다 약 8분 20초 후에 알게 된다. 지구와 태양 사이 거리를 빛의 속력으로 나누면 500초 정도 걸리기 때문이다 태양과 지구 사이의 거리는 약 1억 5천만 km이고, 빛이 이 거리를 이동하는 데 약 8분 20초가 걸린다. 따라서 태양이 실제로 사라진 순간부터 약 8분 20초 동안 지구에서는 태양이 사라졌다는 사실을 알 수 없다. 이는 정보가 빛보다 빠르게 전달될 수 없기 때문이다. 태양과 지구 사이에 거리는 1억 5000만 km인데 빛은 초속 약 30만 km로 이동하므로 태양 표면을 출발한 빛이 지구에 도달하기 까지 약 8분 20초가 걸린다. 따라서 약 8분 20초 후에 알게 될 것이다. 지구와 태양사이거리 1억 4,960만 킬로미터이고, 빛의속도는 약 30만 km/s 이므로 약 8분 20초 뒤일 듯 하다	정확한 답변. 굳! 태양과 지구 사이의 평균 거리는 약 1억 5천만 km이고, 빛의 속력은 초속 약 30만 km임. 따라서 걸리는 시간은 1억5천만km/(30만km/s)이므로 약 8분 20초임.
태양이 사라진뒤 약 500초 후 8분 20초만에 알게 된다. 약 8.316746358353462분 후에 알게 된다. 약 8분 20초 입니다.	이유 있으면 좋겠는데;;
태양 빛과 중력이 지구까지 도달하는 데 걸리는 시간인 약 8분 20초 후에 알게 된다. 약 8분 20초 뒤에 알게 된다. 태양빛이 지구까지 오는 데 그만큼 걸리기 때문이다. 중력의 변화도 빛과 같은 속도로 전달되므로, 어두워지는 것과 궤도를 벗어나는 것을 동시에 겪게 된다. 태양이 사라진 후 약 8분 20초 뒤에 알게 된다. 태양과 지구 사이의 거리를 빛의 속도로 이동하는 데 걸리는 시간이 약 8분 20초이기 때문이다. 아인슈타인의 상대성 이론에 의하면 시공간의 왜곡으로 발생하는 중력의 변화(중력파) 역시 빛의 속도로 전달되므로, 태양이 사라져도 8분 20초 동안은 지구에 빛이 계속 도달하고 기존의 공전 궤도를 그대로 유지하다가 그 이후에 어두워지며 궤도를 벗어나게 됩니다.	오우, 빛뿐만 아니라 중력장의 변화까지 생각한 경우. 중력장의 변화도 즉시 전달되지 않으므로, 태양이 사라졌다는 가상의 상황에서 지구는 약 8분 20초 동안 태양빛을 계속 받고 기존의 공전 운동도 계속하게 됨. 그 이후에는 빛이 더 이상 도달하지 않고, 태양의 중력 변화에 대한 정보도 지구에 도달함.
특수 상대성이론에서는 동기화된 시계로 그 시간에 기록된다 하지만 선생니께서 원하신 답변은 8분 후 아닐까	오오; 맞습니다. 지구에선 태양이 없어지자마자 빛과 중력이 사라졌다고 느끼지.
나는 태양이 갑자기 사라진다는 것을 태양을 이루는 물질이 흩어지는 것이라고 정의했다. 태양의 물질이 아무리 빠르게 흩어지더라도 질량이 있는 물질은 빛의 속도를 넘을 수 없다. 또한 태양이 사라졌다는 정보 역시 빛보다 빠르게 지구에 전달될 수 없다. 검색 결과 태양과 지구 사이의 거리는 약 1억 5천만 km이고 빛이 이 거리를 이동하는 데 약 8분 20초가 걸린다.	오, 간단하게 던진 문제에 이렇게 진지하게 덤벼주다니...!? 실제로 태양을 이루는 물질 전체가 한순간에 사라지는 것은 현실적인 과정이 아님. 질량이 있는 물질은 빛의 속력에 도달하거나 이를 넘을 수도 없음. 다만 이 문제에서 “태양이 갑자기 사라진다”는 것은 실제로 가능한 과정을 묻는 것이 아니라, 태양에서 일어난 변화에 관한 정보가 지구까지 전달되는 데 얼마나 걸리는지를 묻기 위한 가정임.
지구는 공전 속도 v로 움직인다하고, 태양이 사라진 순간의 태양과 지구 사이 거리를 d이라 할 때 빛이 이동하는 동안 지구도 이동한다. 태양이 사라진 이후 외부 힘이 작용하지 않아 지구는 등속 직선 운동하니 (ct)^2=d^2+(vt)^2이므로, t=(d/c)/sqrt(1-v^2/c^2) 뒤에 빛이 지구에 도달한다. 그러나 일반상대론에서는 중력장 변화의 전파속도가 빛의 속도와 같으므로 그냥 d/c이다. 실제 계산 하면 둘다 약 8분 20초 이다.(밀리초 단위로 차이남) 거리 나누기 빛의 속도보다 짧아질 것이다 지구는 운동 중이기 때문	이얔ㅋㅋㅋㅋㅋ 근데, 내가 별 조건에 대한 언급을 안했다면 단순하게 묻는 거라고 생각하는 게 맞음. 지구의 속력은 빛에 비해 너무 느리기 때문에 무시한다고 생각하자.
149,597,870,700÷299,792,458 를 계산해본 결과 약 499.00478383615........생략.	계산 방법 자체는 정확함. 하지만 계산기에 나온 소수점 이하 숫자를 전부 옮겨 적는 것은 물리적으로 의미가 없음;;; 사용한 태양과 지구 사이의 거리는 특정한 정밀도를 가진 값이며, 실제 거리도 지구의 공전에 따라 계속 변함. 따라서 계산 결과만 무한히 많은 자릿수로 쓴다고 더 정확해지는 것이 아님.

생기부 기록 예시

	선생님코멘트