Принцип относительности Галилея

СОКРУШИТЕЛЬНЫЙ УДАР ПО ПРИНЦИПАМ МЕХАНИЦИЗМА

Сокрушительный удар по принципам механицизма был нанесен открытиями XIX—XX вв.:

- открытием рентгеновских лучей и радиоактивного излучения в 1896 г. А. Беккерелем и исследованием его в 1898 г. П. Кюри и М. Склодовской-Кюри. Радиоактивный распад показал, что радиоактивность не связана с внешними, механическими воздействиями, а определяется внутренними процессами, проявляющимися в виде статистических закономерностей;

- созданием теории электромагнитного поля Дж. Максвеллом (1860-1865 гг.);

- открытием явления электромагнитной индукции М. Фарадеем (1831 г.). Ньютоновская теория дальнодействия и его схема мира господствовали до начала XX в. М. Фарадей и Дж. Максвелл впервые обнаружили ее непригодность и неприменимость к электромагнитным явлениям;

- экспериментальным доказательством делимости атомов и открытием электрона английским физиком Дж. Дж. Томсоном (1897 г.), за что он был удостоен Нобелевской премии в 1906 г. В 1903 г. им была предложена одна из первых моделей атома, согласно которой атом представлял собой положительно заряженную сферу с вкрапленными в нее электронами (подобно булке с изюмом). В 1911 г. английский физик Э. Резерфорд, проводил опыты по рассеянию альфа-частиц атомами различных элементов, установил наличие в атоме плотного ядра диаметром около 10^-12см, заряженного положительно, и предложил для объяснения этих экспериментов планетарную модель атома. Модель подчинялась классической механике (движение ядра и электронов) и классической электродинамике (взаимодействие частиц). Электроны в этой модели, подобно планетам Солнечной системы, вращались вокруг ядра. Состояние атомов в классической физике определяется заданием координаты и скорости его составных частиц, т. е. можно получить мгновенный снимок его строения. Однако это противоречило экспериментальным данным.

Принцип относительности Галилея выделяет определенный класс систем отсчета, которые называют инерциальными. Инерциальными являются системы отсчета, в которых выполняется принцип инерции (1-й закон Ньютона): существуют системы отсчета, относительно которых всякое тело сохраняет состояние своего движения(состояние покоя или прямолинейного равномерного движения), пока действие всех тел и полей на него компенсировано.

Если мы имеем хотя бы одну такую инерциальную систему отсчета, то всякая другая система отсчета, которая движется относительно первойравномерно и прямолинейно также является инерциальной. Все другие системы отсчета называются неинерциальными.

Выберем инерциальную систему отсчета и условно назовем ее покоящейся системой отсчета К. Рассмотрим другую инерциальную систему отсчета К', движущуюся относительно К равномерно и прямолинейно со скоростью U (U «c).

Пусть оси X и X' обеих рассматриваемых систем отсчета совпадают, а оси Y и Y'; Z и Z' соответственно параллельны. Т.о., система К' движется со скоростью U относительно К вдоль оси X. Положение некоторой точки (тела) в системах отсчета выражается значениями декартовых координат в соответствующих системах отсчета. Как видно, между ними имеется зависимость

X = X' + Ut

Y=Y' (1)

Z=Z'

Если мы возьмем производную по времени от координат, то найдем выражение, связывающее скорости движения тела относительно обеих систем отсчета

V = V' + U (2)

Скорость относительно неподвижной системы складывается из скорости относительно подвижной системы отсчета и скорости самой системы отсчета. Если далее возьмем производную по времени от правой и левой части уравнения (2), то выразим связь ускорения тела относительно обеих систем отсчета. Так как система К' движется равномерно и прямолинейно относительно К, и скорость U является постоянной величиной, то производная от U по времени равна 0, и мы получаем a = a'. (3)

Уравнения (1), (2), (3) называются преобразованиями Галилея. Они описывают, как связаны между собой кинематические параметры движения тела при переходе из одной инерциальной системы отсчета в другую.

Тот факт, что ускорения тел относительно обеих инерциальных систем отсчета одинаковы, позволяет делать вывод о том, что законы механики, определяющие причинно-следственные связи движения тел, одинаковы во всех инерциальных системах отсчета. И это составляет суть принципа относительности Галилея: «Во всех инерциальных системах отсчета все механические явления протекают одинаково»

Рассмотрим теперь неинерциальные системы отсчета. Система отсчета, которая движется относительно инерциальной с ускорением, является неинерциальной. Как следует из принципа относительности Галилея, никакими опытами, проведенными в инерциальной системе отсчета, невозможно установить, покоится ли она или движется прямолинейно и равномерно. То есть, движение инерциальной системы отсчета не влияет на ход протекающих в ней физических процессов. В неинерциальных системах отсчета это не так: всякое ускорение системы сказывается на происходящих в ней явлениях. Т.о., на неинерциальные системы отсчета принцип относительности Галилея не распространяется, и законы Ньютона в них не выполняются.

Дата добавления: 2014-01-07