Daca printr- un cablu trece curent electric atunci in jurul lui apare un camp magnetic.
Pozitionam o bila incarcata electric langa cablu si nimic nu se va intampla. Cu toate acestea, daca acea bila se...? (mai mult)

Question

Daca printr-un cablu trece curent electric atunci in jurul lui apare un camp magnetic.
Pozitionam o bila incarcata electric langa cablu si nimic nu se va intampla. Cu toate acestea, daca acea bila se afla in miscare, atunci, datorita interactionarii ei cu campul magnetic, bila va fi impinsa (sau atrasa) de o forta. Forta Lorentz.
Cunostinte generale de liceu, nimic neobisnuit.

Intr-unul din cursurile sale, Richard Feynman vine cu urmatorul exemplu:
https://imgur.com/73v1Bs9

Ideea fiind ca, daca din perspectiva noastra bila este respinsa/atrasa datorita unei forte magnetice, din perspectiva bilei forta ce actioneaza asupra ei este pur electrica.

Din perspectiva noastra bila este impinsa de o forta magnetica, iar nu de una electrica: pentru noi cablul este neutru d.p.d.v. electric. 
(Desi circula curent prin cablu, pentru orice tronson, numarul de electroni (-) va fi mereu egal cu cel al cationilor (+) din material. Sau dupa cum spune Feynman, densitatea purtatorilor de sarcina electrica negativa o egaleaza pe cea a purtatorilor de sarcina pozitiva)

Din perspectiva bilei aceasta nici nu se afla in miscare, asa ca nu exista nici o forta magnetica ce actioneaza asupra ei. Presupunand ca bila se deplaseaza in aceeasi directie si cu aceeasi viteza ca si electronii prin cablu, din perspectiva ei, singurul lucru care se misca sunt cationii din material. 
Conform teoriei relativitatii, orice corp aflat in miscare isi contracta lungimea. Ceea ce implica faptul ca lungimea pe care acesti cationi se intind se va contracta, densitatea lor devenind mai mare decat cea a electronilor. Si este aceasta sarcina pozitiva neta pe care cablul o va capata cea care actioneaza asupra bilei. 

Mai multe detalii aici:
https://www.feynmanlectures.caltech.edu/flpphotos.html#S13

De remarcat ca ambele explicatii fizice sunt corecte dar contradictorii, fiecare valabila in sistemul ei de referinta si ca nu exista un sistem de referinta preferential. 

Ce parere aveti despre toate astea? Este adevarul relativ pana la urma? Putem cunoaste doar efectul dar nu si cauza? 

Data viitoare cand mai aveti un diferend cu cineva tineti minte ca, in lumea asta ciudata si relativa, este posibil ca amandoi sa aveti dreptate chiar daca va contraziceti flagrant.

sadrian46 · Answer

Mișcarea electronilor în cablul electric, se face cu 4000 km/s viteză care este 1.3% din viteza luminii, la care efectele relativiste de modificare a lungimii sunt nesemnificative.
este posibil ca amandoi sa aveti dreptate chiar daca va contraziceti flagrant.
Dreptatea nu se judecă în fizică ca la tribunal, așa cum sugerezi dta aici. 
Este adevarul relativ pana la urma? Adevărul în fizică este o rezultantă a suprapunerii unor procese. Dta vorbești de un adevăr filozofic. Cele două concepte nu se suprapun.

Inferno · Answer

"Mișcarea electronilor în cablul electric, se face cu 4000 km/s viteză care este 1.3% din viteza luminii, la care efectele relativiste de modificare a lungimii sunt nesemnificative."

Asa ar parea, intr-adevar. Desi nu sunt sigur de acel 1,        3 % din viteza luminii, s-ar putea sa aiba valori chiar mai mici!

Cu toate acestea, Richard Feynman demonstreaza in cursurile sale ca modulul fortei este aproape identic in ambele sisteme de referinta.

https://www.feynmanlectures.caltech.edu/II_13.html

Capitolul 13-6 este cel care ne intereseaza. 

Forta F resimtita de bila in cazul in care sistemul de referitna este cablul va avea expresia (13.21).

Iar forta F' resimtita de bila in cazul in care sistemul de referinta este chiar bila va avea expresia (13.29).

Relatia intre cele doua forte fiind data de expresia (13.30). Adica F'=F * (factorul Lorentz).
Concluzia este fix contrara asteptarilor: Cu cat viteza electronilor si a bilei este mai mica, cu atat cele doua forte tind sa aiba valori egale. Stim ca pentru valori ale vitezei foarte mici factorul Lorentz va  tinde catre valoarea 1,        iar F va deveni egal cu F'.



Dar chiar si asa, ar parea destul de suspect faptul ca fortele sunt aproape identice, iar nu complet identice, din moment ce efectul final va fi acelasi. 

Un al doilea fenomen relativist, pe langa contractia lungimii, este dilatarea temporala. 
Asa ca, desi forta nu are exact aceeasi valoare in ambele cazuri, impulsul pe care bila il va resimti va fi identic in ambele situatii, dupa cum demonstreaza si Richard Feynman in cele ce urmeaza. 

Intr-adevar forta F' este mai mica decat valoarea initiala F, constanta de proportionalitate fiind factorul Lorentz, dar durata de timp cat aceasta forta va fi aplicata bilei T' va creste fata de valoarea initiala T, caci timpul se dilata. Constanta de proportionalitate in acest caz este  tot factorul Lorentz.

Forta scade cu o anumita cantitate, durata de timp cat aceasta forta este aplicata creste cu exact aceeasi cantitate: Impulsul, care este produsul forta * timp, ramane neschimbat.

Toate acestea coroborand ideea ca nu exista o forta magnetica si una electrica, ci o singura forta fundamentala denumita forta electromagnetica.