Podrobno

Uvod v splošno teorijo relativnosti s poudarkom na uporabi Schwarzschildove metrike za učitelje fizike : magistrsko delo
ID Vičar, Veronika (Avtor), ID Kregar, Ambrož (Mentor) Več o mentorju... Povezava se odpre v novem oknu

.pdfPDF - Predstavitvena datoteka, prenos (9,68 MB)
MD5: 0FFAF161E0CC3C43901A095B182EECFB

Izvleček
V magistrskem delu predstavimo osnovne koncepte splošne teorije relativnosti s poudarkom na uporabi Schwarzschildove metrike. Tematiko razložimo v obsegu in na nivoju, ki je primeren za učitelje fizike z namenom pridobitve bolj poglobljenega znanja o tej temi. To bi doprineslo k večji uporabnosti obravnavane teme, predvsem v primerih, ko imajo učenci vprašanja v zvezi s koncepti teorije relativnosti in astronomije. V prvem delu predstavimo osnove posebne teorije relativnosti; razložimo pojme podaljšanje časa, skrajšanje dolžin, prostor Minkowskega oziroma raven štirirazsežni prostor-čas in polna energija. Nato obravnavamo temeljne koncepte splošne teorije relativnosti: načelo ekvivalentnosti, ukrivljenost prostora-časa, metrični tenzor, geodetsko krivuljo in fenomenološki opis Einsteinovih enačb gravitacijskega polja. Jedro magistrskega dela obsega predstavitev in izpeljavo Schwarzschildove metrike, ki je rešitev Einsteinovih enačb gravitacijskega polja statične sferično simetrične mase, kot so na primer zvezde in planeti. Opisuje torej geometrijo ukrivljenega prostora-časa v okolici sferično simetrične mase. V nadaljevanju predstavimo delovanje satelitskega navigacijskega sistema GPS, kjer zaradi učinka podaljšanja časa v gravitacijskem polju Zemlje uporabimo Schwarzschildovo metriko za korekcijo GPS signala. Schwarzschildovo metriko uporabimo še za izpeljavo treh klasičnih testov splošne teorije relativnosti: gravitacijskega rdečega premika, odklona svetlobe ob sferično simetrični masi (zvezdi) in precesije Merkurjevega perihelija. Navedene pojave tudi kvalitativno opišemo. V povezavi z odklonom svetlobe v gravitacijskem polju na kratko predstavimo gravitacijsko lečenje in opišemo Nasino misijo, v kateri želijo uporabiti Sonce kot gravitacijsko lečo za opazovanje eksoplanetov.

Jezik:Slovenski jezik
Ključne besede:splošna teorija relativnosti, Schwarzschildova metrika, ukrivljenost prostora-časa, gravitacijsko polje, podaljšanje časa, relativnostna teorija
Vrsta gradiva:Magistrsko delo/naloga
Tipologija:2.09 - Magistrsko delo
Organizacija:PEF - Pedagoška fakulteta
Kraj izida:Ljubljana
Založnik:V. Vičar
Leto izida:2025
Št. strani:116 str.
PID:20.500.12556/RUL-169893 Povezava se odpre v novem oknu
UDK:530.12(043.2)
COBISS.SI-ID:239767811 Povezava se odpre v novem oknu
Datum objave v RUL:14.06.2025
Število ogledov:665
Število prenosov:93
Metapodatki:XML DC-XML DC-RDF
:
Kopiraj citat
Objavi na:Bookmark and Share

Sekundarni jezik

Jezik:Angleški jezik
Naslov:Introduction to general relativity with emphasis on the use of the Schwarzschild metric for physics teachers
Izvleček:
In this master’s thesis, we present the fundamental concepts of general relativity with an emphasis on the use of the Schwarzschild metric. The topic is addressed at a level and scope suitable for physics teachers to acquire a deeper understanding of these concepts, which could be used in class when students have questions concerning the concepts of relativity theory and astronomy. In the first part, we present the basics of special relativity, explaining concepts of time dilation, length contraction, Minkowski space, or flat fourdimensional spacetime, and total energy. Afterwards we discuss the fundamental concepts of general relativity: equivalence principle, spacetime curvature, metric tensor, geodesic, and a phenomenological description of Einstein’s field equations. In the central part of the thesis, we focus on the presentation and derivation of the Schwarzschild metric, which is an exact solution to Einstein’s gravitational field equations for a static, spherically symmetric mass, such as stars and planets. It describes the geometry of curved spacetime in the vicinity of a spherically symmetric mass. Furthermore, we present the operation of the GPS satellite navigation system, where, due to the time dilation effect in Earth’s gravitational field, we apply the Schwarzschild metric to correct the GPS signal. We also use the Schwarzschild metric to derive three classical tests of general relativity: gravitational redshift, light deflection by a spherically symmetric mass (such as a star), and Mercury’s perihelion precession. These phenomena are qualitatively described as well. In connection with light deflection in a gravitational field, we briefly introduce gravitational lensing and describe a NASA mission in which the Sun is proposed to be used as a gravitational lens for observing exoplanets.

Ključne besede:general relativity, Schwarzschild metric, spacetime curvature, gravitational field, time dilation

Podobna dela

Podobna dela v RUL:
Podobna dela v drugih slovenskih zbirkah:

Nazaj