Как соотносятся слова сэнпай и сэнсэй?

Общее между сэнсеем и сэмпаем - первый иероглиф, 先, который означает "тот, который раньше тебя, впереди тебя".

先生 - сэнсэй - "появившийся раньше", "рождённый раньше". То есть "старший". Употребляется по отношению к учителю и врачу, а также к писателю (он, вроде как, через свои книги передаёт вам мудрость) или начальству. Наконец, к тому, кто намного старше и мудрее. Причём это будет считаться вежливее, чем -сан.

先輩 - сэнпай или сэмпай - "старший товарищ". То есть вы уже не разные (как пациент, который в медицине ноль, и врач), а в одном ряду, занимаетесь одним и тем же. Однако он занимается этим дольше и обладает бо'льшим опытом. Вследствие чего может (или обязан, смотря о чём речь) быть наставником для новичков. Тут разница в возрасте может отсутствовать, а то и вовсе сэмпай окажется физически моложе, такое нередко бывает. Но раз он дольше в деле, значит, именно он и сэмпай. Причём подразумевается именно общее дело, которым, грубо говоря, занимаются под одной крышей, вместе учатся/работают, а не формально занятие с одним и тем же названием. То есть если говорить о школьниках, то учитель для ученика - понятно, сэнсэй, а старшеклассник для младшеклассника - сэмпай. Но старшеклассник другой школы уже не сэмпай. Потому что школы (дела) разные. Разве только тот старшеклассник окажется хулиганом и докопается, требуя вежливого обращения как к учителю жизни.