- •Розділ 5. Основи теорії відносності та квантової фізики
- •Тема 12. Основи теорії відносності Заняття 52
- •1. Перетворення Галілея
- •2. Постулати Ейнштейна
- •3. Перетворення Лоренца
- •4. Одночасність подій в різних системах відліку
- •5. Відносність довжин тіл
- •6. Відносність проміжків часу
- •7. Додавання швидкостей
- •8. Основні співвідношення релятивістської динаміки
- •Питання для самоконтролю
Розділ 5. Основи теорії відносності та квантової фізики
Тема 12. Основи теорії відносності Заняття 52
Мета: розширити уявлення учнів про простір і час, розглянути постулати теорії відносності і основні слідства з них, залежність маси від швидкості, зв'язок між масою і енергією
Постулати Ейнштейна.
2. Основні слідства, що витікають з постулатів теорії відносності.
3. Залежність маси від швидкості. Релятивістська динаміка.
4. Зв'язок між масою і енергією.
Самостійно «Ефект близнюків»
Ключові слова: інерціальні системи, релятивістська механіка, релятивістська динаміка, енергія спокою
1. Перетворення Галілея
У класичній механіці, при швидкостях тіл значно менших, ніж швидкість світла (<<c), справедливий механічний принцип відносності (принцип відносності Галілея): закони динаміки однакові у всіх інерциальних системах відліку.
Правило додавання швидкостей в класичній механіці:
У класичній механіці передбачається, що хід часу не залежить від відносного руху систем відліку, тому до перетворень Галілея можна додати ще одне співвідношення: t' = t.
2. Постулати Ейнштейна
Галілей виявив, що полягання рівномірного прямолінійного руху не впливає на протікання механічних процесів.
У середині XIX ст. були створені теорії електромагнітних явищ (теорія Максвела) і теорія теплових явищ (термодинаміка і статистична фізика). Виникло питання і тому, як впливає рівномірний прямолінійний рух на всі фізичні процеси.
Перший постулат СТО - принцип відносності - поширює принцип відносності Галілея на всю фізику: полягання рівномірного прямолінійного руху не впливає ні на які фізичні явища.
1 постулат: Принцип відносності: ніякі досліди, проведені усередині даної інерціальної системи відліку, не дають можливість знайти, чи покоїться ця система або рухається рівномірно і прямолінійно; всі закони природи інваріантні по відношенню до переходу від однієї системи відліку до іншої.
Перетворення Галілея не змінюють вид II закону Ньютона, але змінює вид рівнянь Максвела.
У класичній механіці негласно приймалося, що взаємодії або сигнали можна передавати з нескінченною швидкістю (це ж торкалося і швидкості світла).
Сучасна фізика учить, що взаємодії (сигнали) можуть передаватися лише з кінцевою швидкістю.
2 постулат: Принцип інваріантності швидкості світла: швидкість світла у вакуумі не залежить від швидкості руху джерела світла або спостерігача і однакова у всіх інерциальних системах відліку.
На сьогодні вважається, що вона не може перевищувати швидкість світла у вакуумі с3108 м/с.
Коли швидкості тіл наближаються до швидкості світла, використовування системи відліку з одними годинниками дуже незручне. Ейнштейн запропонував «будувати» систему відліку по-іншому.
Визначення часу події в СТО визначається за допомогою декількох годин. Як тотожний годинник можна узяти атоми певного сорту, а як еталон довжини - довжину хвиль випромінювання цих атомів.
Укожну точку координаційної системи розміщують нерухомий годинник. Узгодження свідчень годинника називається синхронізацією. Не можна синхронізувати годинник в одному місці, а потім розміщувати їх по місцях, оскільки годинник при цьому рухатиметься з прискоренням, що впливає на їх хід. Тому спочатку потрібно розмістити годинник по місцях, а потім їх синхронізувати.
Якщо на осі ОХ в точці 1 знаходиться годинник, який необхідно синхронізувати, то з точки Про у момент часу t = 0 посилають світловий сигнал або радіосигнал в точку 1.
У момент приходу сигналу в точку 1 на годинниках в цій точці треба поставити час .
Дві події в різних місцях простору можна вважати одночасними, якщо у момент їх настання годинник, що знаходиться в цих місцях, синхронізований, показують один і той же час.