- •Министерство сельского хозяйства республики казахстан
- •Учебно-методический комплекс по физике для группы специальностей «технические науки и технологии»
- •Тема 1. Элементы кинематики
- •Тема 2. Динамика частиц
- •Тема 3. Принцип относительности в механике
- •Тема 4. Работа и энергия
- •Тема 5. Твердое тело в механике
- •Тема 6. Физика колебаний
- •Тема 7. Механические волны
- •Тема 8. Молекулярно - кинетическая теория идеальных газов
- •Тема 9. Статистические распределения
- •Тема 10. Основы термодинамики
- •Тема 11. Реальные газы. Явления переноса
- •Тема 12. Электростатика
- •Тема 13. Проводники и диэлектрики в электростатическом поле
- •Тема 14. Постоянный электрический ток
- •Тема 15. Элементы физической электроники и твердого тела
- •Изучение движения тел по наклонной плоскости
- •Порядок работы
- •Контрольные вопросы
- •Изучение собственных колебаний пружинного маятника
- •Натуральный логарифм этого отношения называется логарифмическим декрементом затухания:
- •Порядок работы
- •Контрольные вопросы
- •Определение момента инерции тракторного шатуна
- •Порядок работы
- •Контрольные вопросы
- •Порядок работы Упражнение 1. Определение момента инерции крестовины без муфт
- •Крестовины вместе с муфтами.
- •Контрольные вопросы
- •1. Напишите и сформулируйте основной закон динамики вращательного движения. Дать определения момента инерции, момента силы.
- •Определение момента инерции маятника максвелла
- •На маятник действуют две силы: сила тяжести ft, направленная вертикально вниз и сила упругости двух нитей 2т (рис.2).
- •Порядок работы
- •Определение момента инерции маятника
- •Контрольные вопросы
- •Определение коэффициента вязкости жидкости методом стокса
- •Порядок работы
- •Определение отношения удельных теплоемкостей газа методом адиабатического расширения
- •Контрольные вопросы
- •Изучение фазовых переходов первого рода
- •Экспериментальная установка
- •Проведение эксперимента
- •Обработка результатов
- •Контрольные вопросы
- •Теория метода
- •Порядок работы
- •Контрольные вопросы
- •1.2. Классификация приборов по принципу действия
- •1.3.Характеристики электроизмерительных приборов
- •1.4.Амперметры, вольтметры, гальванометры
- •1.5.Вспомогательные электрические приборы
- •2. Правила работы с электрическими схемами
- •Для соблюдения техники безопасности при работе с электрическими схемами следует:
- •3.Измерения и обработка результатов измерений
- •Контрольные вопросы
- •Определение удельного сопротивления проводника
- •Контрольные вопросы
- •Определение сопротивления проводников с помощью мостиковой схемы
- •Порядок работы
- •Контрольные вопросы
- •Исследование процесса разряда конденсатора через сопротивление
- •Исследование свойств полупроводникового выпрямителя
- •Порядок работы
- •Контрольные вопросы
- •Градуировка термоэлемента и определение его удельной термоэлектродвижущей силы
- •Теория метода
- •Порядок работы
- •Задачи для аудиторных занятий
- •О т в е т ы к задачам
- •Задания для самостоятельной работы студентов
- •Механика
- •42. При каких условиях сохраняется импульс механической системы….
- •Колебания и волны
- •Молекулярная физика и термодинамика
- •Электростатика
- •Электрический ток
- •2. Некоторые астрономические величны
Тема 3. Принцип относительности в механике
Если системы отсчета движутся относительно друг друга прямолинейно и равномерно, и в одной из них справедливы законы Ньютона – инерциальные системы отсчета. Во всех инерциальных системах отсчета законы классической динамики имеют одинаковую форму - суть механического принципа относительности (принцип относительности Галилея).
Рассмотрим две системы отсчета: неподвижную инерциальную систему К (с координатами X, Y ,Z) и К1 (x1, y1, z1), движущуюся относительно К прямолинейно и равномерно со скоростью и (u = const). Отсчет t начнем с момента, когда начало координат совпадает со скоростью и направлена вдоль ОО1, тогда радиус – вектор, проведенный из О в О1 r0 = u t |
Определим связь между координатами точки А в обеих системах
r = r1 + r0 = r1 + u t
В проекциях на оси координат:
X = x1 + uxt
Y = y1 + uyt - преобразования координат Галилея
Z = z1 + uzt
В классической механике ход времени не зависит от относительного движения систем отсчета, тогда можно записать t = t1
Преобразования Галилея справедливы только при с, а при с – заменяются преобразованиями Лоренца.
Известно -правило сложения скоростей в классической механике.
Ускорение
Таким образом, ускорение точки А в системе отсчета К и К1, движущихся равномерно друг относительно друга прямолинейно и равномерно одинаково.
Следовательно, при переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой уравнения динамики не изменяются, т.е. являютсяинвариантными по отношению к преобразованиям координат.
При с преобразования Галилея несправедливы. Нужно было создать новую механику, которая содержала бы ньютоновскую механику как предельный случай для малых скоростей ( с). Это удалось, сделать А. Эйнштейну – он заложил основы специальной теории относительности. Специальная теория относительности также называется релятивистской теорией.
В основе специальной теории относительности лежат постулаты Эйнштейна: принцип относительности: все законы природы инвариантны по отношению к переходу от одной инерциальной системы относительности к другой, т.е. любые физические явления протекают одинаково во всех инерциальных системах отсчета.
принцип инвариантности скорости света: скорость света в вакууме предельна и одинакова во всех инерциальных системах отсчета.
Эйнштейн показал, что в теории относительности классические преобразования Галилея заменяются преобразованиями Лоренца, которые имеют вид:
y1 = y
z1 = z
При малых скоростях преобразования Лоренца переходят в преобразования Галилея – принцип соответствия.
Следствия из преобразования Лоренца:
1. Координаты х, х1 и время t, t1 не могут быть мнимыми, т.е. подкоренное выражение должно быть больше нуля.
Следовательно, с <<1, т.е. относительного движения двух инерциальных систем отсчета не может превосходить с.
2. События, происходящие одновременно в разных местах системыК при наблюдении их из системы К1, движущейся относительно К, могут казаться разновременными – нарушение одновременности удаленных событий
3. Интервал времени становится функцией скорости системы
4. Длина тел
Таким образом, длина, измеренная в системе, относительно которой он движется, оказывается меньше длины измеренной в системе, относительно которой стержень покоится.
5. Пусть скорость тела внутри ракеты – u1, ракета имеет скорость по отношению к Земле. Определим скорость u движения тела с точки зрения земного наблюдателя.
Тогда релятивистский закон сложения скоростей:
6. Относительность масс
Тогда основной закон динамики
Следовательно - релятивистский импульс
Мы знаем, законы Ньютона выполняются в инерциальных системах отсчета. Системы отсчета, движущиеся относительно инерциальной системы с ускорением, называется неинерциальными. В неинерциальных системах отсчета законы Ньютона несправедливы. Но можно применить, если кроме сил обусловленных воздействием тел друг на друга, ввести в рассмотрение силы особого рода – силы инерции.
Если учесть силы инерции, то II закон Ньютона будет справедлив для любой системы отсчета. В данном случае
ma1 = F + Fин,
т.е. произведение массы тела на его ускорение равно сумме всех сил, действующих на тело, включая Fин.
Fин должны быть такими, чтобы вместе с силами F, обусловленными воздействием тел друг на друга, они сообщали телу ускорение a1, каким оно обладает в неинерциальной системе отсчета. Так как F = ma (а-ускорение тела в инерциальной системе отсчета), то m a1= ma + Fин. Силы инерции обусловлены ускоренным движением системы отсчета относительно измеряемой системы.