04 // 인터랙티브 공식 백과사전 // 역학·전자기학 및 상대성이론 물리 공식집E = γ m c², where γ = 1 / √(1 − v² / c²)
아인슈타인 질량-에너지 등가성·로렌츠 인자 및 시간 지연 공식집
특수상대성이론의 로렌츠 인자 γ, 정지 에너지 E₀ = mc², 상대론적 운동 에너지, 시간 지연 및 길이 수축 공식을 알기 쉽게 해설합니다.
공식 요약
기본 공식
E = γ m c², where γ = 1 / √(1 − v² / c²)
변형 공식
E₀ = m c², K_rel = (γ − 1) m c² (Rest Energy & Relativistic Kinetic Energy)
E² = (p c)² + (m c²)² (Energy-Momentum Dispersion Relation)
Δt = γ · Δτ, L = L₀ / γ (Time Dilation & Length Contraction)
변수 및 단위
| Symbol | Name | Unit |
|---|---|---|
| gamma | Lorentz Factor γ = 1 / √(1 − β²) | dimensionless |
| beta | Velocity Fraction of Light (β = v / c < 1) | c |
입력값 및 설정
[c]
계산 결과 (Lorentz Factor γ = 1 / √(1 − β²))
gamma =1.666667dimensionless
공식 설명 및 배경
- From the constancy of the speed of light c in all inertial frames, a light-clock moving transversely at speed v travels hypotenuse c Δt while vertical path is c Δτ and horizontal path is v Δt.
- By the Pythagorean theorem, (c Δt)² = (v Δt)² + (c Δτ)² ⇒ Δt = Δτ / √(1 − v²/c²) = γ Δτ.
- Integrating relativistic work dK = v dp with p = γmv yields K = (γ − 1)mc², identifying E₀ = mc² as rest-mass energy.
단계별 풀이 예제
#1: Find the Lorentz factor γ, time dilation, and length contraction for a spacecraft traveling at v = 0.80c.
β = v / c = 0.80
γ = 1 / √(1 − 0.80²) = 1 / √(1 − 0.64) = 1 / √0.36 = 1 / 0.60
→ γ = 5/3 ≈ 1.6667 (moving clocks run 1.67× slower; length contracts to 60% of L₀)
#2: Calculate the energy released by converting Δm = 1.0 gram (0.001 kg) of matter completely into energy.
m = 0.001 kgc = 2.99792 × 10⁸ m/s
E₀ = 0.001 × (2.99792 × 10⁸)² = 8.98755 × 10¹³ J
→ 89.88 TJ (24.97 GWh of electricity, or ~21.5 kilotons of TNT)
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자주 묻는 질문 (FAQ)
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