Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

План уроку. 1.Джерела і основи теорії відносності .Передумови теорії відносності





1.Джерела і основи теорії відносності .Передумови теорії відносності

2. Постулати теорії відносності

3. Принцип відносності Галілея

4. Досліди Галілея.

 

1.Джерела і основи теорії відносності

Інерціальними системами відліку називають такі системи від­ліку, у яких виконується перший закон Ньютона.

Американські фізики А. Майкельсон і Е. Морлі наприкінці ХІХ ст. вирішили порівняти швидкість світла, що поширюється за напрямком руху Землі її орбітою й у протилежному напрямку. До­сліди, проведені вченими, переконливо довели, що світло у вакуу­мі поширюється завжди з однією і тією ж швидкістю (близькою до 300 000 км/с).

Після того як у другій половині ХІХ ст. Максвеллом були сформульовані основні закони електродинаміки, постало запитання, чи поширюється принцип відносності, справедливий у механіці, на електромагнітні явища. Іншими словами, чи однаково протікають електромагнітні процеси у всіх інерціальних системах відліку? Але відповідь на це запитання виявила низку суперечностей між класичною і ньютонівською механікою.

Так, за законами електродинаміки швидкість електромагнітних хвиль у вакуумі однакова по всіх напрямах і дорівнює c = 3∙108 м/с. Але відповідно до ньютонівської механіки швидкість може дорівнювати с тільки у вибраній системі відліку. У будь-якій іншій, яка рухається зі швидкістю , швидкість світла повинна дорівнювати . А це означає, що при переході з однієї до іншої інерціальної системи відліку закони електродинаміки мають змінюватися так, щоб у новій системі відліку швидкість світла булла уже не , а .

Суперечності, які виникли між теоріями, намагалися подолати трьома способами:

1) оголосити недоречним принцип відносності стосовно електромагнітних явищ;

2) оголосити неправильними рівняння Максвелла і змінити їх так, щоб вони не змінювались при переході з однієї до іншої інерціальної системи відліку;

3) відмовитися від класичних уявлень про простір і час з тим, щоб зберегти як принцип відносності, так і закони Максвелла.



Щоб правильно пояснити досліди А. Майкельсона й Е. Морлі, необхідно було відмовитися від звичних уявлень про простір і час. Виникла суперечність, розв’язати яку на початку ХХ ст. намага­лося багато видатних фізиків. Але зробити це вдалося скромному службовцеві патентного бюро у швейцарському місті Берні Альбер­ту Ейнштейну.

Усі суперечності були блискуче розв’язані 26-річним Альбертом Ейнштейном, який видав невелику, всього на 30 сторінок, роботу під назвою «До електродинаміки рухомих середовищ». І вона за короткий термін викликала справжню революцію у фізиці, вивела її з глухого кута і збагатила ідеями, практична значущість яких безмежна. У ній Ейнштейн без жодного нового експерименту, проаналізувавши й узагальнивши уже відомі дослідні факти, вперше виклав ідеї теорії відносності.

Теорія відносності — це фізична теорія, яка описує властивості простору і часу, а також закономірності відносного руху тіл, зумовленого цими властивостями.

Особливий інтерес становлять міркування Ейнштейна щодо різного перебігу часу відносно різних систем відліку. У рухомій системі відліку час сповільнюється, порівняно з нерухомою системою, залежно від значення швидкості. З цього приводу можна навести приклад, який у фізиці називається „парадоксом близнюків”. Парадокс полягає ось у чому. На Землі живуть два брати-близнюки. Один із них залишається на космодромі, а другий вирушає до далекої зорі на космічному кораблі, здатному розвинути швидкість, близьку до швидкості світла. З погляду брата, який залишився на Землі, час тече швидко. Проходить 10, 20, 30 років, і він, нарешті, з радістю дізнається, що корабель з його братом повертається. Коли космічний корабель приземлився і брати зустрілися, близнюк, який залишився на Землі, побачив, що його брат залишився майже таким, яким був 30 років тому.

 

Це тому, що він, рухаючись із такою швидкістю, прожив за своїм годинником усього 5 років. Ці розрахунки підтверджуються фізичними дослідами.

 

2. Постулати теорії відносності

Альберт Ейнштейн стверджував, що законом природи є цілковита рівноправність усіх інерціальних систем відліку щодо не лише механічних, але й електромагнітних процесів. Немає жодної відмінності між станом спокою й станом рівномірного прямолінійного руху. Принцип відносності — головний постулат теорії Ейнштейна.

Перший постулат Ейнштейна: усі явища природи в усіх інерціальних системах відліку протікають однаково й описуються однаковими рівняннями.

Другий постулат стверджує сталість швидкості світла в усіх ІСВ: швидкість світла у вакуумі — величина абсолютна, інваріантна щодо всіх ІСВ і не залежить від швидкості руху джерела або приймача сигналу.

 

3. Принцип відносності Галілея

Уперше твер­дження про рівноправність усіх інерціальних систем відліку висло­вив Галілей, тому його називають принципом відносності Галілея (або принципом відносності класичної фізики).

У всіх інерціальних системах відліку за однакових початко­вих умов усі механічні явища протікають однаково.

З цього принципу випливає, що не існує якоїсь виділеної систе­ми відліку, яку можна було б назвати «такою, що перебуває в стані спокою»: усі інерціальні системи відліку цілком рівноправні. А це означає, що швидкість будь-якого тіла є відносною: її можна визна­чити лише відносно певного тіла.

З принципу відносності Галілея випливає, що закони Ньютона мають той самий прояв у всіх ІСВ. При цьому, якщо тіло рухаєть­ся відносно інерціальної системи зі швидкістю а сама система рухається зі швидкістю відносно нерухомої системи, то швид­кість тіла відносно нерухомої системи відліку дорівнює: .

Це співвідношення називається законом додавання швидко­стей Галілея (або класичним законом додавання швидкостей).

За принципом відносності класичної механіки, сформульованим Галілеєм, всі інерціальні системи відліку в механіці рівноправні. Тому рівномірний і прямолінійний рух системи не чинить ніякого впливу на перебіг механічних процесів у ній.

Запишемо закон додавання швидкостей для окремого випадку, коли тіло рухається уздовж осі Ox1 системи відліку K1 , яка, у свою чергу, рухається зі швидкістю v відносно системи K (рис. 1).



При цьому під час руху координатні осі Ox і Ox1 весь час збігаються, а осі Oy і Oy1 залишаються паралельними, v2 — швидкість у системі K, v1 — швидкість у системі K1 .

Релятивістський закон додавання швидкостей:

Якщо « с і v1«с, то членом в знаменнику можна знехтувати, і ми отримаємо класичний закон додавання швидкостей:

Властивістю релятивістського закону додавання швидкостей є те, що за будь-яких швидкостей v1 і v (звичайно, менших від с) результуюча швидкість не перебільшує с.

 

4. Досліди Галілея.

Перші спроби виміряти швидкість світла здійснив Галілей. Він застосував метод «оптичного затвора», що був покладений в основу наступних методів вимірювання швидкості світла.

Ідея досліду Галілея полягала в такому: два спостерігачі пере­бували на значній відстані один від одного; вони домовилися, що коли перший спостерігач відкриє ліхтар і світло дійде до другого спостерігача, то останній відкриє свій ліхтар і світло від нього ді­йде до першого спостерігача. Довести, що світло має кінцеву швид­кість поширення, не вдалося, тому що за часів Галілея не було способів вимірювання малих проміжків часу (порядку однієї мі­кросекунди).

Схема досліду, запропонована Галілеєм, у своїй принциповій частині збігається з усіма наступними прямими вимірюваннями швидкості поширення світла.

 

Розв’язати задачі

1. Космічна ракета віддаляється від спостерігача із швидкістю v =0,80с. На ракеті встановлена гармата, яка може випускати снаряд зі швидкістю u відносно ракети. а) Яку швидкість V відносно спостерігача має снаряд, випущений сперед зі швидкістю u = v ? б) При якій величині u снаряд, випущений назад, наближатиметься до спостерігача із швидкістю V = v?

2. Релятивістська частка розпадається на два однакових «уламки». Швидкість одного з них дорівнює нулю. Визначите швидкість v частки до розпаду і швидкість v2 другого «уламка». Відомо, що при розпаді нерухомої частки обидва «уламки» мають швидкість u.

3. Одна з двох однакових часток нерухома, інша рухається з релятивістською швидкістю v . Користуючись релятивістською формулою складання швидкостей, визначите швидкість і центру мас часток.

Домашнє завдання:

1. Написати реферат на тему: «Спеціальна теорія відносності Енштейна».

2. Розв’язати задачі:

1. При якій швидкості v руху тіла релятивістське скорочення довжини тіла складало б 1 % ? 50% ?

2. Середній час життя мюона (нестабільної елементарної частки) згідно з довідником τ0=2,2мкс. Пучок мюонів рухається із швидкістю ν=0,95с. Яка середня довжина l їх пробігу у відсутність зіткнень?

 

Тема уроку: Швидкість світла

 

Поможем в написании учебной работы
Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой




Дата добавления: 2014-11-29; Просмотров: 657; Нарушение авторских прав?;


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



ПОИСК ПО САЙТУ:


Читайте также:
studopedia.su - Студопедия (2013 - 2022) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление




Генерация страницы за: 0.029 сек.