Özel görelilik teorisine göre, ışık hızına yakın hareket eden bir cismin bağıl enerjisi arttıkça, aşağıdakilerden hangisi gözlemlenir?
A) Cismin kütlesi azalır
B) Cismin boyu uzar
C) Cismin eylemsizliği artar
D) Cismin elektrik yükü değişir
Özel görelilik teorisi, yüksek hızlarda hareket eden cisimlerin davranışlarını açıklayan bir teoridir. Işık hızına yakın hareket eden bir cismin bağıl enerjisi arttıkça, cismin özellikleri gözlemciye göre farklılaşır. Şimdi seçenekleri adım adım inceleyelim:
- A) Cismin kütlesi azalır: Bu ifade yanlıştır. Özel görelilikte, bir cismin durgun kütlesi ($m_0$) sabittir ve hızıyla değişmez. Bazı eski yaklaşımlarda "bağıl kütle" ($m_{rel} = \gamma m_0$) kavramı kullanılsa da, bu kütle hız arttıkça azalmaz, aksine artar. Modern fizikte ise genellikle durgun kütle ve bağıl momentum kavramları tercih edilir. Dolayısıyla, kütlenin azaldığı iddiası doğru değildir.
- B) Cismin boyu uzar: Bu ifade de yanlıştır. Özel görelilikte, hareket eden bir cismin hareket doğrultusundaki boyu, durgun haldeki boyuna göre kısalır (boy kısalması). Bu durum, $L = L_0 / \gamma$ formülü ile ifade edilir, burada $L_0$ cismin durgun boyu, $L$ hareketli boyu ve $\gamma = \frac{1}{\sqrt{1 - v^2/c^2}}$ Lorentz faktörüdür. Hız ($v$) arttıkça $\gamma$ artar ve $L$ kısalır.
- C) Cismin eylemsizliği artar: Bu ifade doğrudur. Eylemsizlik, bir cismin hareket durumunu değiştirmeye karşı gösterdiği dirençtir. Özel görelilikte, bir cisim ışık hızına ($c$) yaklaştıkça, onu daha da hızlandırmak için gereken enerji miktarı giderek artar. Bu durum, cismin hareket durumunu değiştirmeye karşı gösterdiği direncin, yani eylemsizliğinin arttığı anlamına gelir. Bu etki, cismin bağıl enerjisinin ($E = \gamma m_0 c^2$) artmasıyla doğrudan ilişkilidir. Hız arttıkça $\gamma$ artar ve cismi ivmelendirmek zorlaşır.
- D) Cismin elektrik yükü değişir: Bu ifade yanlıştır. Elektrik yükü, temel bir fiziksel niceliktir ve özel görelilik teorisine göre değişmez (invaryanttır). Bir cismin hızı ne olursa olsun, elektrik yükü her zaman aynı kalır.
Cevap C seçeneğidir.
