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假如火車時速100KM/H,奔跑時速10KM/H,總速度是多少?如果火車速度無限接近光速,是否能超光速?
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  • 1 # 今天要做得更好

    這裡有個參照物和奔跑的方向2個問題。對於大地,如果奔跑方向與火車相同,人的奔跑速度是兩個速度相加。如果奔跑方向與火車相反,人的奔跑速度是兩速度之差。

    光速是30萬千米/s,人的速度和光速比,太小,可以不計。

  • 2 # 火星一號

    速度是相對的,不同參照系中的觀察者對於同一個物體的運動速度會測出不同的大小。在說明速度大小時,需要指明是相對於哪個參照系。在生活中,我們一般預設以地面作為靜止參照系。例如,一列火車的速度為100 km/h,這個速度指的是相對於地球表面的速度。

    按照題主在問題描述中所說的情況,如果從經典物理學的角度來看,一個人以10 km/h的速度在一列以100 km/h的火車上奔跑(同向),那麼,這個人相對於地面的速度就是人+火車的速度,大小為110 km/h。同樣的道理,如果火車的速度輸無限接近光速(c),那豈不是意味著在火車上奔跑的人相對於地面的速度超光速了嗎?但狹義相對論又禁止超光速,這是否有矛盾呢?

    根據狹義相對論,無論火車的速度是否無限接近光速,在火車上奔跑的人都不會超光速,他始終會以亞光速運動。原因是上述的速度疊加方法只是一種近似,只有在速度遠遠低於光速的情況下才能近似使用,而一旦接近光速,這時只能使用下面的公式:

    當u=100 km/h,v=10 km/h,其合速度w≈109.999898 km/h,這個數值非常接近於110 km/h,所以在速度很小的時候,可以近似認為110 km/h就是實際大小。但如果速度足夠接近光速時,比如,u=0.8c,v=0.3c,那麼合速度w≈0.887c,而不是1.1倍的光速。因此,無論人在多快的火車上奔跑,他相對於任何參照系的速度都不會比光速更快。

    另一方面,如果在快速行駛的火車上發出一束光,那結果會是怎樣呢?

    這個只要透過上述公式計算一下就知道,可結果還是保持光速。因此,超光速是不可能的。

  • 3 # 遊風飛揚

    只有奔跑方向和火車相同時,才是直接相加,其它情況都是向量和。前提是以地面為參照系,因為地面假定是靜止的。

    如果選其它參照系的話,根據運動學公式,還要變換參照系。具體怎樣變換,時間太長都忘了。

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