Udowodnij tezę Einsteina:

„Żadnym doświadczeniem fizycznym, obserwatorzy w windach nie będą mogli rozstrzygnąć czy są w spoczynku w polu grawitacyjnym, czy w układzie nieinercjalnym, poruszającym się prostoliniowo ruchem jednostajnie przyspieszonym, poza jakimkolwiek polem grawitacyjnym„

Założenia:

• Dwie identyczne windy o masie 300 kg każda.
• Dwóch identycznych pasażerów po jednym w każdej windzie, każdy o masie 80 kg.
• Obaj mają ze sobą jedną kulę doskonale sprężystą o masie 5 kg. Pierwsza winda spoczywa nieodkształcalną podłogą na nieodkształcalnym podłożu w polu grawitacyjnym o wartości 1 g. Druga winda z równie nieodkształcalną podłogą porusza się w przestrzeni poza jakimkolwiek (jeśli to możliwe) polem grawitacyjnym ze stałym przyśpieszeniem 1 g spowodowanym stałą siłą.
• Wszystkie założenia eksperymentu myślowego Einsteina zostały spełnione. Spełniamy również warunek, że obserwacji możemy dokonać tylko dzięki tym instrumentom które zabraliśmy ze sobą. Dla kontroli obliczeń i odczuć fizycznych możemy więc dodatkowo zabrać ze sobą zestaw akcelerometrów.

Dla obu układów proszę policzyć i porównać wyniki następujących doświadczeń.

A. Pasażer upuszcza swobodnie kulę. Proszę obliczyć zmianę chwilowego przyśpieszenia windy i wartość tego przyśpieszenia przed upuszczeniem i w trakcie swobodnego opadania kuli.

B. Kula odpija się swobodnie od podłogi. Proszę obliczyć chwilową zmianę przyśpieszenia windy w momencie odbicia i wartości przyspieszeń przed i po odbiciu.

C. Proszę dla obu przypadków obliczyć prędkość kuli w momencie zderzenia z podłogą.

D. Proszę wybrać jakieś inne zdarzenie lub parametr i porównać.
Jednym z takich akcelerometrów może być waga na której stoi pasażer.
Wyniki proszę porównać.

Rozwiązaniem głównym zadania jest odpowiedź na pytanie.

Czy tylko rzeczami zabranymi do windy bez porównania z zewnętrznymi warunkami
można wykazać, że układ jest w stanie ciągłego przyspieszenia a nie spoczywa
nieruchomo w polu grawitacyjnym?
Tak/Nie

Czy masa grawitacyjna jest nierozróżnialna od masy bezwładnej?
Tak/Nie

Zachęcamy do podzielenia się swoimi wynikami w komentarzu poniżej 🙂