相对论的火车司机与隧道守护人的争论问题

来源：学生作业帮编辑：搜搜做题作业网作业帮分类：物理作业时间：2024/04/30 01:03:27

相对论的火车司机与隧道守护人的争论问题
根据狭义相对论,运动物体在运动方向上会发生洛仑兹收缩.现在有一列静止时200米长的火车即将以1/2光速通过一条200米长的隧道.于是火车司机与隧道管理员发生了如下争执：
隧道管理员：火车由于高速行驶而发生洛仑兹收缩,所以火车的长度小于200米,必然存在某一时刻,火车整个车身都在隧道里.
火车司机：火车并没动,隧道由于在高速向火车冲过来而发生了洛仑兹收缩,所以隧道的长度小于200米,所以任何时刻火车都不可能完全在隧道里.
于是火车司机为了证明自己的观点,制作了一个自动装置：在火车的头部和尾部各安装了一个垂注向上的火箭,当火车中点与隧道中点重合的瞬间,同时点燃两枚火箭,由于火车长度大于隧道长度,这两枚火箭会同时射向隧道外的天空.
隧道管理员也不示弱,他也制作了一个自动装置：在隧道的两端各安装了一个铁门,当火车中点与隧道中点重合的时候,启动这两道铁门同时关闭.由于火车长度小于隧道长度,此时火车就被这两道铁门完整的关闭在隧道中了.
试验的结果两个人的试验都成功了.
火箭是相对于火车静止的,因此这时的实验是发生在火车上,以火车为参照系,隧道以1/2光速运动过来,发生尺缩效应,在火车上看,隧道的长度是小于火车的,因此在火车上看,火箭是能够成功发射的(这里的火箭发射过程要理解为绝对的一瞬间)
题目在这个实验上说明的问题是,在火车上观察,隧道确实发生了尺缩效应
而铁门是相对于隧道静止的,因此这时的实验是发生在隧道中,以隧道为参照系,火车以1/2光速运动过来,发生尺缩效应,在隧道参照系中看,火车的长度是小于隧道的,因此铁门也是可以成功关闭的(这里的关门过程也要理解为绝对的一瞬间)
题目在这个实验上说明的问题是,在隧道参照系中观察,火车也确实发生了尺缩效应.
我想问的是如果2人同时做实验会怎么样,就是在火车中点和隧道中点重和时,既关门又点火箭,结果会怎么样?

很简单的问题绕了这么一个大圈子,典型的进车库问题,很多书上都有.
“如果2人同时做实验会怎么样”,无法同时,因为同时的概念只在同一参考系下有意义,不同参考系没有同时的概念.可以这样理解,当火车上人做试验同时发射火箭时,对应到隧道中人看到的不是同时发射的,而是车尾在进入隧道前先发射,然后当车头出来时再发射的,所以都出去了.而当隧道人同时关铁门时,稍复杂,火车人看到的是,隧道尾先关铁门,车头撞上铁门,当车尾获悉车头被碰撞时（需要时间）,才停止,而那时车尾已经进入隧道,此时隧道头门关闭,现在车就停了,得出了相同的结论,车被放下了.做关铁门试验是,无论谁看,车都将被碰撞,不存在无碰撞的瞬间.车头碰铁门时,停下过程中,看到隧道在变长（因为速度降下来了）,所以车停的过程,对于火车人看来,就是隧道变长最终放下全车的过程.
回答清楚吗?

火车过隧道问题公式要火车相遇的公式, 一个相对论“同时性的相对性”问题.爱因斯坦火车火车过隧道从广州至长沙的火车,是否普通火车与高铁都要过隧道的?还是高铁不过隧道,普通的就过隧道火车匀速通过隧道时,火车在隧道内的长度y(米)与火车行驶时间x(秒) 相对论与光速的问题,太长,在里面.. 一辆火车正在向山底隧道行驶,当它距离隧道2000米时司机按响了汽笛,过了大约11秒后司机听到了汽笛的回声,问这辆火车的速一火车以20m/s的速度前进，司机在距隧道口500m处鸣笛，当听到回声时，火车头距隧道多远？一列火车一20M/S的速度前进,在距某一隧道500M处鸣笛,问当司机听到回声时,火车头距隧道口多远一列火车一20M/S的速度前进,在距某一隧道400M处鸣笛,问当司机听到回声时,火车头距隧道口多远? 一列火车以38米每秒的速度前进 ,在距某一隧道口600米,问当列车司机听到回声时,火车头距隧道口多远? 火车在进入隧道前必须鸣笛．一列火车在平直铁路上以126千米/时的速度驶向隧道，司机在鸣笛后2秒听到从隧道口处的山崖反射回火车进隧道问题技巧某隧道全场1000米,一列火车从车头进入隧道到车尾离开隧道,共用1分钟,整列火车全隧道内的时间为40秒