s
Sesiya.ru

Элементы специальной теории относительности

Информация о работе

Тема
Элементы специальной теории относительности
Тип Лекции
Предмет Физика
Количество страниц 2
Язык работы Русский язык
Дата загрузки 2019-02-22 02:06:56
Размер файла 25.53 кб
Количество скачиваний 1
Скидка 15%

Поможем подготовить работу любой сложности

Заполнение заявки не обязывает Вас к заказу


Скачать файл с работой

Помогла работа? Поделись ссылкой

2


I. Пространство – время в классической механике(механике Ньютона).


  • В классической механике время, длина тел инвариантны, т.е. при переходе из одной инерциальной системы отсчета в другую остаются неизменными.

  • Скорость – величина неинвариантная. Скорости тел различны в различных инерциальных системах отсчета.

  • Закон сложения скоростей в классической механике(закон сложения скоростей Галилея).

Скорость тела в неподвижной системе координат равна векторной сумме двух скоростей: скорости тела относительно подвижной системы координат и скорости самой подвижной системы относительно неподвижной: .


  • Ускорение тела – инвариантная величина. В любых инерциальных системах отсчета ускорение тела одинаково..

Т.к. .

  • Следовательно при переходе из одной инерциальной системы отсчета в другую инерциальную систему отсчета силы , действующие на тело не изменяются т.е. законы Ньютона имеют одинаковый вид во всех инерциальных системах отсчета.

  • Исходя из этого был сформулирован следующий физический принцип ( принцип относительности Галилея): во всех инерциальных системах отсчета все механические явления протекают одинаково при одинаковых начальных условиях.

Например: период колебания математического маятника в равномерно движущемся вагоне и в неподвижной лаборатории одинаковы.

  • Находясь в какой либо инерциальной системе отсчета нельзя с помощью механических опытов установить, движется эта система отсчета равномерно

прямолинейно или находится в покое.

Первым этот принцип сформулировал Г. Галилей.

II. Принцип относительности в специальной теории относительности.

  • После того, как Максвеллом были сформулированы законы электродинамики, возник вопрос, распространяется ли принцип относительности на электромагнитные явления?

  • Из законов электродинамики следует, что скорость света (электромагнитной волны) в вакууме одинакова по всем направлениям и равна 3108 м/с только в одной системе отсчета – мировом эфире(абсолютной системе отсчета).

  • В соответствии с законом сложения скоростей Галилея, скорость света в любой другой системе отсчета, движущейся относительно эфира со скоростью должна быть равна , т.е. скорость света не одинакова в различных инерциальных системах отсчета. Следовательно законы электродинамики должны меняться при переходе из одной инерциальной системы отсчета в другую.


  • В 1881 г Майкельсон предпринял попытку измерить скорость Земли относительно мирового эфира. Согласно классическому закону сложения скоростей, скорость света в направлении движении Земли и в направлении перпендикулярном к направлению движения Земли должны быть не одинаковы. Измерив разность этих скоростей, можно было вычислить скорость Земли. Однако эксперимент показал, что разность скоростей равна нулю!


  • Все попытки обнаружить движение одной инерциальной системы отсчета относительно другой с применением электромагнитных процессов, в частности электромагнитных волн(опыт Майкельсона), дали отрицательный результат.



  • Исходя из отрицательного результата опыта Майкельсона А. Эйнштейн сформулировал принцип относительности: законом природы является полное равноправие всех инерциальных систем отсчета в отношении не только механических, но и электромагнитных процессов.


III. Постулаты теории относительности.


  • Первый постулатпринцип относительности Эйнштейна: все законы природы одинаковы в любой инерциальной системе отсчета.

  • Второй постулат: скорость света в вакууме одинакова для всех инерциальных систем отсчета и не зависит от скорости источника излучения и от скорости приемника излучения.

  • Скорость света – максимально возможная скорость распространения любого взаимодействия. Материальные тела не могут иметь скорость большую, чем скорость света.

Постулаты теории относительности находятся в противоречии с классическими представлениями о пространстве и времени(механика Ньютона).


  1. Относительность одновременности

  • Одновременность пространственно разделенных событий относительна! События, которые происходят одновременно в одной системе отсчета, в других системах отсчета могут происходить не одновременно! Причина – конечность скорости распространения света (мысленный опыт Эйнштейна – поезд Эйнштейна).

  • В центре вагона в некоторый момент времени включается лампочка, свет от которой достигает фотоэлементов на противоположных стенках вагона, которые включают механизм открывания дверей А и В. Для наблюдателя находящегося в вагоне свет одновременно достигает противоположных стенок вагона и двери открываются одновременно. Для наблюдателя находящегося вне поезда, передняя стенка убегает от света, а задняя движется навстречу свету. Поэтому первой откроется задняя дверь А. Таким образом, оба события - открывание дверей А и В - одновременны в одной системе отсчета X1O1Y1 и неодновременны в другой системе отсчета XOY.

Х1

Х


А В

O1 Y1


O Y

2. Относительность промежутков времени.

  • Временной интервал между двумя событиями относителен, т.е. в различных инерциальных системах отсчета, движущихся относительно друг друга не одинаков.

Например: рассмотрим световые часы - два зеркала установленных на расстоянии l друг от друга, между которыми перемещается световой импульс.


l



  • Время, измеренное наблюдателем, движущимся вместе с часами, называется собственным временем-. Это время минимально.

Для внешнего неподвижного наблюдателя световой импульс перемещается по диагонали:


время движения светового импульса составит: . Отсюда следует формула: - время измеренное внешним неподвижным наблюдателем. - время, в системе отсчета, относительно которой часы покоятся,- время, в системе отсчета, относительно которой часы движутся.

Неподвижный наблюдатель обнаруживает замедление хода движущихся часов по сравнению с такими же часами, но находящимися в покое. Этот эффект называется замедлением времени в движущихся системах отсчета.

  • Замедление – свойство времени, замедляется не только ход часов. При движении замедляются все физические процессы, в том числе и химические реакции в человеческом организме. Поэтому течение жизни замедляется. Замедлением времени объясняется «парадокс близнецов»: вернувшийся из космического путешествия близнец стареет гораздо меньше, чем его брат, оставшийся на Земле.

3. Относительность длин(расстояний).

  • Длина не является абсолютной величиной, а зависит от скорости движения тела. Абсолютным является лишь утверждение о том, что покоящийся стержень всегда длиннее движущегося.

длина движущегося тела, -длина покоящегося тела.

В инерциальных системах отсчета, движущихся друг относительно друга со скоростью, близкой скорости света в вакууме, наблюдается релятивистский эффект сокращения длины тела в направлении движения тела.

IV. Релятивистский закон сложения скоростей.

Z Z1




O O1 X X1



Y Y1

  • Скорость тела относительно неподвижной системы отсчета равна: - релятивистский закон сложения скоростей.


Внимание! Формула применима только в том случае, когда все три вектора направлены по одной прямой. В формуле - проекции скоростей на ось х.

© Copyright 2012-2020, Все права защищены.