Применение

Постоянный ток широко используется в технике: подавляющее большинство электронных схем в качестве питания используют постоянный ток. Переменный ток используется преимущественно для более удобной передачи от генератора до потребителя.

Иногда в некоторых устройствах постоянный ток преобразуют в переменный ток преобразователями (инверторами).

Источники постоянного тока

Простейшим источником постоянного тока является химический источник (гальванический элемент или аккумулятор), поскольку полярность такого источника не может самопроизвольно измениться.

Для получения постоянного тока используют также электрические машины — генераторы постоянного тока.

В электронной аппаратуре, питающейся от сети переменного тока, для получения постоянного тока используют выпрямитель. Далее для уменьшения пульсаций может быть использован сглаживающий фильтр и, при необходимости, стабилизатор тока или стабилизатор напряжения.

Электрификация постоянным током

В России и СНГ около половины железных дорог электрифицированы постоянным током 3 кВ.

Закон Ома Немецкий физик Георг Ом (1787 -1854) экспериментально установил, что сила тока I, текущего по однородному металлическому проводнику (т. е. проводнику, в котором не действуют сторонние силы), пропорционально напряжению U на концах проводника: I = U/R, (1) где R - электрическое сопротивление проводника. У равнение (1) выражает закон Ома для участка цепи (не содержащего источника тока): сила тока в проводнике прямо пропорциональна приложенному напряжению и обратно пропорционально сопротивлению проводника. Участок цепи, в котором не действуют э.д.с. (сторонние силы) называют однородным участком цепи, поэтому эта формулировка закона Ома справедлива для однородного участка цепи. Теперь рассмотрим неоднородный участок цепи, где действующую э.д.с. на участке 1 - 2 обозначим через Ε12, а приложенную на концах участка разность потенциалов - через φ1 - φ2. Если ток проходит по неподвижным проводникам, образующим участок 1-2, то работа A12 всех сил (сторонних и электростатических), совершаемая над носителями тока, по закону сохранения и превращения энергии равна теплоте, выделяющейся на участке. Работа сил, совершаемая при перемещении заряда Q0 на участке 1- 2: A12 = Q0E12 + Q0(φ1 - φ2) (2) Э.д.с. E12, как и сила тока I, - величина скалярная. Её необходимо брать либо с положительным, либо с отрицательным знаком в зависимости от знака работы, совершаемой сторонними силами. Если е.д.с. способствует движению положительных зарядов в выбранном направлении (в направлении 1-2), то E12 > 0. Если э.д.с. препятствует движению положительных зарядов в данном направлении, то E12 < 0. За время t в проводнике выделяется теплота: Q =I2Rt = IR(It) = IRQ0 (3) Из формул (2) и (3) получим: IR = (φ1 - φ2) + E12 (4) Откуда I = (φ1 - φ2 + E12)/R (5)  Выражение ,(4) или (5) представляет собой закон Ома для неоднородного участка цепи в интегральной форме, который является обобщённым законом Ома. Если на данном участке цепи источник тока отсутствует (E12 = 0), то из (5) приходим к закону Ома для однородного участка цепи I = (φ1 - φ2)/R = U / R Если же электрическая цепь замкнута, то выбранные точки 1 и 2 совпадают, φ1 = φ2; тогда из (5) получаем закон Ома для замкнутой цепи: I =E /R,  где E - э.д.с., действующая в цепи, R - суммарное сопротивление всей цепи. В общем случае R = r + R1, где r - внутреннее сопротивление источника тока, R1 - сопротивление внешней цепи. Поэтому закон Ома для замкнутой цепи будет иметь вид: I = E / (r+R1). Если цепь разомкнута, в ней ток отсутствует (I = 0), то из закона Ома (4) получим, что (φ1 - φ2) = E12 , т.е. э.д.с., действующая в разомкнутой цепи, равна разности потенциалов на её концах. Следовательно, для того чтобы найти э.д.с. источника тока, надо измерить разность потенциалов на его клеммах при разомкнутой цепи.

Ответ 17

Магнитное поле. Сила Ампера. Сила Лоренса.

Магнитное Поле

Если два параллельно расположенных проводника подсоединить к источнику тока так, чтобы по ним прошел электрический ток, то в зависимости от направления тока в них проводники либо отталкиваются, либо притягиваются.

Объяснение этого явления возможно с позиции возникновения вокруг проводников особого вида материи - магнитного поля.

Силы, с которыми взаимодействуют проводники с током, называются магнитными.

Магнитное поле - это особый вид материи, специфической особенностью которой является действие на движущийся электрический заряд, проводники с током, тела, обладающие магнитным моментом, с силой, зависящей от вектора скорости заряда, направления силы тока в проводнике и от направления магнитного момента тела.

История магнетизма уходит корнями в глубокую древность, к античным цивилизациям Малой Азии. Именно на территории Малой Азии, в Магнезии, находили горную породу, образцы которой притягивались друг к другу. По названию местности такие образцы и стали называть "магнетиками". Любой магнит в форме стержня или подковы имеет два торца, которые называются полюсами; именно в этом месте сильнее всего и проявляются его магнитные свойства. Если подвесить магнит на нитке, один полюс всегда будет указывать на север. На этом принципе основан компас. Обращенный на север полюс свободно висящего магнита называется северным полюсом магнита (N). Противоположный полюс называется южным полюсом (S).

Магнитные полюсы взаимодействуют друг с другом: одноименные полюсы отталкиваются, а разноименные - притягиваются. Аналогично концепции электрического поля, окружающего электрический заряд, вводят представление о магнитном поле вокруг магнита.

В 1820 г. Эрстед (1777-1851) обнаружил, что магнитная стрелка, расположенная рядом с электрическим проводником, отклоняется, когда по проводнику течет ток, т. е. вокруг проводника с током создается магнитное поле. Если взять рамку с током, то внешнее магнитное поле взаимодействует с магнитным полем рамки и оказывает на нее ориентирующее действие, т. е. существует такое положение рамки, при котором внешнее магнитное поле оказывает на нее максимальное вращающее действие, и существует положение, когда вращающий момент сил равен нулю.

Магнитное поле в любой точке можно охарактеризовать вектором В, который называется вектором магнитной индукции или магнитной индукцией в точке.

Магнитная индукция В - это векторная физическая величина, являющаяся силовой характеристикой магнитного поля в точке. Она равна отношению максимального механического момента сил, действующих на рамку с током, помещенную в однородное поле, к произведению силы тока в рамке на ее площадь:

За направление вектора магнитной индукции В принимается направление положительной нормали к рамке, которое связано с током в рамке правилом правого винта, при механическом моменте, равном нулю.

Точно так же, как изображали линии напряженности электрического поля, изображают линии индукции магнитного поля. Линия индукции магнитного поля - воображаемая линия, касательная к которой совпадает с направлением В в точке.

Направления магнитного поля в данной точке можно определить еще как направление, которое указывает

северный полюс стрелки компаса, помещенный в эту точку. Считают, что линии индукции магнитного поля направлены от северного полюса к южному.

Направление линий магнитной индукции магнитного поля, созданного электрическим током, который течет по прямолинейному проводнику, определяется правилом буравчика или правого винта. За направление линий магнитной индукции принимается направление вращения головки винта, которое обеспечивало бы поступательное его движение по направлению электрического тока (рис. 59).

Магнитное поле. Силы

В отличие от электрического поля, которое действует на любой заряд, магнитное поле дей-

ствует только на движущиеся заряженные частицы. При этом оказывается, что сила зависит

не только от величины, но и от направления скорости заряда.

Сила Лоренца

Сила, с которой магнитное поле действует на заряженную частицу, называется силой Лоренца.

Опыт показывает, что вектор F~

силы Лоренца находится следующим образом.

1. Абсолютная величина силы Лоренца равна:

F = qvB sin : (1)

Здесь q — абсолютная величина заряда, v — скорость заряда, B — индукция магнитного

поля, — угол между векторами ~v и B~

.

2. Сила Лоренца перпендикулярна обоим векторам ~v и B~

. Иными словами, вектор F~ перпен-

дикулярен плоскости, в которой лежат векторы скорости заряда и индукции магнитного

поля.

Остаётся выяснить, в какое полупространство относительно данной плоскости направлена

сила Лоренца.

Направление силы Лоренца определяется в данном случае по одному из двух альтерна-

тивных правил.

Правило часовой стрелки. Сила Лоренца направлена туда, глядя откуда кратчайший

поворот вектора скорости частицы ~v к вектору магнитной индукции B~

виден против

часовой стрелки.

1Правило левой руки. Располагаем левую руку так, чтобы четыре пальца указывали

направление скорости частицы, а линии поля входили в ладонь. Тогда оттопыренный

большой палец укажет направление силы Лоренца.

Для отрицательного заряда q направление силы Лоренца меняется на противоположное.

Всё вышеперечисленное является обобщением опытных фактов. Формула (1) позволяет свя-

зать размерность индукции магнитного поля с размерностями других физических величин:

Сила Ампера

Если металлический проводник с током поместить в магнитное поле, то на этот проводник со

стороны магнитного поля будет действовать сила, которая называется силой Ампера.

Происхождение силы Ампера легко понять. Ведь ток в

металле является направленным движением электронов, а

на каждый электрон действует сила Лоренца. Все эти си-

лы Лоренца, действующие на свободные электроны, имеют

одинаковое направление и одинаковую величину; они скла-

дываются друг с другом и дают результирующую силу Ам-

пера.

Направление силы Ампера определяется по тем же двум

правилам, сформулированным выше.

Правило часовой стрелки. Сила Ампера направлена ту-

да, глядя откуда кратчайший поворот тока к полю виден

против часовой стрелки.

Правило левой руки. Располагаем левую руку так, чтобы четыре пальца указывали на-

правление тока, а линии поля входили в ладонь. Тогда оттопыренный большой палец укажет

направление силы Ампера.

Взаимное расположение тока, поля и силы Ампера F~ указано на рис. 2.

На этом рисунке проводник имеет длину l, а угол между направлениями тока и поля равен .

Мы сейчас выведем выражение для абсолютной величины силы Ампера.

На каждый свободный электрон действует сила Лоренца:

F1 = evB sin ;

где v — скорость направленного движения свободных электронов в проводнике.

Пусть N — число свободных электронов в данном проводнике, n — их концентрация (число

в единице объёма). Тогда:

N = nV = nSl;

где V — объём проводника, S — площадь его поперечного сечения. Получаем:

F = NF1 = nSl evB sin = (enSv)Blsin :

Мы не случайно выделили скобками четыре сомножителя. Ведь это есть не что иное, как

сила тока: I = enSv (вспомните выражение силы тока через скорость направленного движения

свободных зарядов!). В результате приходим к окончательной формуле для силы Ампера:

F = IBlsin : (2)

2Хорошую возможность поупражняться в нахождении направлений магнитного поля и си-

лы Ампера даёт взаимодействие параллельных токов. Оказывается, два параллельных провода

отталкиваются, если направления токов в них противоположны, и притягиваются, если направ-

ления токов совпадают

Обязательно убедитесь в этом самостоятельно! Делаем так. Сначала берём произвольную

точку на первом проводе и определяем направление магнитного поля, создаваемого в этой

точке вторым проводом (правило вам известно — см. предыдущий листок). Ну а затем находим

направление силы Ампера, действующей на первый провод со стороны магнитного поля второго

провода.

Рамка с током в магнитном поле

В листках по термодинамике мы говорили о важности циклически работающих машин: они

снабжают нас энергией. Понимание законов термодинамики позволило сконструировать тепло-

вые двигатели, которые исправно служат нам и по сей день.

Понимание же законов электромагнетизма дало возможность создать циклическую машину

другого типа — электродвигатель.

Мы рассмотрим один из элементов электродвигателя — рамку с током в магнитном поле.

Разобравшись в её поведении, мы сможем уловить основную идею функционирования электро-

двигателя.

Пусть прямоугольная рамка 1234 может вращаться вокруг горизонтальной оси (рис. 4, сле-

ва). Рамка находится в вертикальном однородном магнитном поле B~

. Ток течёт по рамке в

направлении 1 ! 2 ! 3 ! 4 ! 1; это направление показано соответствующими стрелками.

Вектор ~n называется вектором нормали; он перпендикулярен плоскости рамки и направлен

туда, глядя откуда ток кажется циркулирующим против часовой стрелки. (Иными словами,

3вектор ~n сонаправлен с вектором индукции магнитного поля, которое создаётся током в рамке.)

Поворот рамки измеряется углом ' между векторами ~n и B~

.Теперь определим направления сил Ампера, которые действуют на рамку со стороны маг-

нитного поля. Эти силы расставлены на рисунке; вот вам ещё одно упражнение на правило

часовой стрелки (левой руки) — обязательно проверьте правильность указанных направлений!

Силы F~

12 и F~

34, приложенные к сторонам 12 и 34, действуют вдоль оси вращения. Они лишь

растягивают рамку и не вызывают её вращение.

Куда более интересны силы F~

23 и F~

14, приложеные соответственно к сторонам 23 и 14. Они

лежат в горизонтальной плоскости и перпендикулярны оси вращения. Эти силы вращают рам-

ку в направлении по часовой стрелке, если смотреть справа (рис. 4, правая часть). Вычислим

момент этой пары сил относительно оси O вращения рамки.

В этой формуле площадь служит единственной геометрической характеристикой рамки. Это

наводит на мысль, что только площадь рамки и существенна в выражении для вращающего

момента. И действительно, можно доказать

, что формула (3) справедлива для рамки любой

формы с площадью S.

Как видно из формулы (3), максимальный вращающий момент равен:

Эта максимальная величина момента достигается при ' = =2, то есть когда плоскость рамки

параллельна магнитному полю.

Вращающий момент становится равным нулю при ' = 0 и ' = . Оба этих положения

по-своему интересны.

При ' = плоскость рамки перпендикулярна полю, а векторы ~n и B~ направлены в раз-

ные стороны. Данное положение является положением неустойчивого равновенсия: стоит хоть

немного шевельнуть рамку, как силы Ампера начнут её вращать в том же направлении, пово-

рачивая вектор ~n к вектору B~

(убедитесь!).

При ' = 0 плоскость рамки также перпендикулярна полю, а векторы ~n и B~

сонаправлены.

Это — положение устойчивого равновенсия: при отклонении рамки возникает вращающий мо-

мент, стремящийся вернуть рамку назад (убедитесь!). Начнутся колебания рамки, постепенно

затухающие из-за трения. В конце концов рамка остановится в положении ' = 0; в этом поло-

жении вектор индукции магнитного поля рамки сонаправлен с вектором B~ индукции внешнего

1

Разбивая рамку на бесконечно узкие полоски, неотличимые от прямоугольников.

4магнитного поля

2

. Полезное сопоставление: рамка занимает такое положение, что её поло-

жительная нормаль ориентируется в том же направлении, что и северный конец стрелки

компаса, помещённой в это магнитное поле.

Таким образом, поведение рамки в магнитном поле становится ясным: если отклонить рамку

от положения устойчивого равновесия и отпустить, то рамка будет совершать колебания. С

точки зрения совершения механической работы это не очень хорошо: если намотать нить на

ось вращения и подвесить к нити груз, то груз будет то подниматься, то опускаться.

Но вот если исхитриться и заставить ток менять направление в нужные моменты, то вместо

колебаний рамки начнётся её непрерывное вращение и, соответственно, непрерывный подъём

подвешенного груза. Тогда-то и получится полноценный электродвигатель; идея с переменой

направления тока реализуется с помощью коллектора и щёток.

Ответ 18

Магнитное поле в веществе.

 При изучении магнитного поля в веществе различают два типа токов – макротоки и микротоки.

      Макротоками называются токи проводимости и конвекционные токи, связанные с движением заряженных макроскопических тел.

      Микротоками (молекулярными токами) называют токи, обусловленные движением электронов в атомах, молекулах и ионах.

      Магнитное поле в веществе является суперпозицией двух полей: внешнего магнитного поля, создаваемого макротоками и внутреннего, или собственного, магнитного поля, создаваемого микротоками.

      Характеризует магнитное поле в веществе вектор   , равный геометрической сумме    и    магнитных полей:

,

(6.3.1)

      Количественной характеристикой намагниченного состояния вещества служит векторная величина – намагниченность   , равная отношению магнитного момента малого объема вещества к величине этого объема:

,

(6.3.2)

где    – магнитный момент i-го атома из числа n атомов, в объеме ΔV.

      Для того чтобы связать вектор намагниченности среды    с током   , рассмотрим равномерно намагниченный параллельно оси цилиндрический стержень длиной h и поперечным сечением S (рис. 6.3, а). Равномерная намагниченность означает, что плотность атомных циркулирующих токов внутри материала    повсюду постоянна.

            

                  а                             б                                              в

Рис. 6.3

      Каждый атомный ток в плоскости сечения стержня, перпендикулярной его оси, представляет микроскопический кружок, причем все микротоки текут в одном направлении – против часовой стрелки (рис. 6.3, б). В местах соприкосновения отдельных атомов и молекул (А, В) молекулярные токи противоположно направлены и компенсируют друг друга (рис.6.3, в). Нескомпенсированными остаются лишь токи, текущие вблизи поверхности материала, создавая на поверхности материала некоторый микроток   , возбуждающий во внешнем пространстве магнитное поле, равное полю, созданному всеми молекулярными токами.

      Закон полного тока для магнитного поля в вакууме можно обобщить на случай магнитного поля в веществе:

,

(6.3.3)

где    и    – алгебраическая сумма макро- и микротоков сквозь поверхность, натянутую на замкнутый контур L.

      Как видно из рисунка 6.4, вклад в    дают только те молекулярные токи, которые нанизаны на замкнутый контур L.

Рис. 6.4

      Алгебраическая сумма сил микротоков связана с циркуляцией вектора намагниченности соотношением

,

(6.3.4)

тогда закон полного тока можно записать в виде

,

(6.3.5)

      Вектор

называется напряженностью магнитного поля.

      Таким образом, закон полного тока для магнитного поля в веществе утверждает, что циркуляция вектора напряженности магнитного поля    вдоль произвольного замкнутого контура L равна алгебраической сумме макротоков сквозь поверхность, натянутую на этот контур:

,

(6.3.6)

      Выражение (6.3.6) – это закон полного тока в интегральной форме. В дифференциальной форме его можно записать:

,

(6.3.7)

      Намагниченность изотропной среды с напряженностью    связаны соотношением:

,

(6.3.8)

где    – коэффициент пропорциональности, характеризующий магнитные свойства вещества и называемый магнитной восприимчивостью среды. Он связан с магнитной проницаемостью соотношением   .

22 ответ.

Специальная теория относительности.

Специальная теория относительности (СТО; также частная теория относительности) — теория, описывающая движение, законы механики и пространственно-временные отношения при произвольных скоростях движения, меньших скорости света в вакууме, в том числе близких к скорости света. В рамках специальной теории относительности классическая механика Ньютона является приближением низких скоростей. Обобщение СТО для гравитационных полей называется общей теорией относительности.

Описываемые специальной теорией относительности отклонения в протекании физических процессов от предсказаний классической механики называют релятивистскими эффектами, а скорости, при которых такие эффекты становятся существенными, —релятивистскими скоростями.

Постулаты Специальной Теории Относительности (СТО)

Классическая механика Ньютона прекрасно описывает движение макротел, движущихся с малыми скоростями (υ << c). В нерелятивистской физике принималось как очевидный факт существование единого мирового времени t, одинакового во всех системах отсчета. В основе классической механики лежит механический принцип относительности(или принцип относительности Галилея): законы динамики одинаковы во всех инерциальных системах отсчета.Этот принцип означает, что законы динамики инвариантны (то есть неизменны) относительно преобразований Галилея, которые позволяют вычислить координаты движущегося тела в одной инерциальной системе (K), если заданы координаты этого тела в другой инерциальной системе (K'). В частном случае, когда система K' движется со скоростью υ вдоль положительного направления оси x системы K (рис. 7.1.1), преобразования Галилея имеют вид:

x = x' + υt,   y = y',   z = z',   t = t'.

Предполагается, что в начальный момент оси координат обеих систем совпадают.

1

Рисунок 7.1.1. Две инерциальные системы отсчета K и K'.

Из преобразований Галилея следует классический закон преобразования скоростейпри переходе от одной системы отсчета к другой:

ux = u'x + υ,   u y = u'y,   u z = u'z.

Ускорения тела во всех инерциальных системах оказываются одинаковыми:

Следовательно, уравнение движения классической механики (второй закон Ньютона)   не меняет своего вида при переходе от одной инерциальной системы к другой.

К концу XIX века начали накапливаться опытные факты, которые вступили в противоречие с законами классической механики. Большие затруднения возникли при попытках применить механику Ньютона к объяснению распространения света. Предположение о том, что свет распространяется в особой среде – эфире, было опровергнуто многочисленными экспериментами. А. Майкельсон в 1881 году, а затем в 1887 году совместно с Э. Морли (оба – американские физики) пытался обнаружить движение Земли относительно эфира («эфирный ветер») с помощью интерференционного опыта. Упрощенная схема опыта Майкельсона–Морли представлена на рис. 7.1.2.

2

Рисунок 7.1.2. Упрощенная схема интерференционного опыта Майкельсона–Морли.   – орбитальная скорость Земли.

В этом опыте одно из плеч интерферометра Майкельсона устанавливалось параллельно направлению орбитальной скорости Земли (υ = 30 км/с). Затем прибор поворачивался на 90°, и второе плечо оказывалось ориентированным по направлению орбитальной скорости. Расчеты показывали, что если бы неподвижный эфир существовал, то при повороте прибора интерференционные полосы должны были сместиться на расстояние, пропорциональное (υ / c)². Опыт Майкельсона–Морли, неоднократно повторенный впоследствии со все более возрастающей точностью, дал отрицательный результат. Анализ результатов опыта Майкельсона–Морли и ряда других экспериментов позволил сделать вывод о том, что представления об эфире как среде, в которой распространяются световые волны, ошибочно. Следовательно, для света не существует избранной (абсолютной) системы отсчета. Движение Земли по орбите не оказывает влияния на оптические явления на Земле.

Исключительную роль в развитии представлений о пространстве и времени сыграла теория Максвелла. К началу XX века эта теория стала общепризнанной. Предсказанные теорией Максвелла электромагнитные волны, распространяющиеся с конечной скоростью, уже нашли практическое применение – в 1895 году было изобретено радио (А. С. Попов). Но из теории Максвелла следовало, что скорость распространения электромагнитных волн в любой инерциальной системе отсчета имеет одно и то же значение, равное скорости света в вакууме. Отсюда следует, что уравнения, описывающие распространение электромагнитных волн, не инвариантны относительно преобразований Галилея. Если электромагнитная волна (в частности, свет) распространяется в системе отсчета K' (рис. 7.1.1) в положительном направлении оси x', то в системе K свет должен, согласно галилеевской кинематике распространяться со скоростью c + υ, а не c.

Итак, на рубеже XIX и XX веков физика переживала глубокий кризис. Выход был найден Эйнштейном ценой отказа от классических представлений о пространстве и времени. Наиболее важным шагом на этом пути явился пересмотр используемого в классической физике понятия абсолютного времени. Классические представления, кажущиеся наглядными и очевидными, в действительности оказались несостоятельными. Многие понятия и величины, которые в нерелятивистской физике считались абсолютными, то есть не зависящими от системы отсчета, в эйнштейновской теории относительности переведены в разряд относительных.

Так как все физические явления происходят в пространстве и во времени, новая концепция пространственно-временных закономерностей не могла не затронуть в итоге всю физику.

В основе специальной теории относительности лежат два принципа или постулата, сформулированные Эйнштейном в 1905 г.

1. Принцип относительности: все законы природы инвариантны по отношению к переходу от одной инерциальной системы отсчета к другой. Это означает, что во всех инерциальных системах физические законы (не только механические) имеют одинаковую форму. Таким образом, принцип относительности классической механики обобщается на все процессы природы, в том числе и на электромагнитные. Этот обобщенный принцип называют принципом относительности Эйнштейна.

2. Принцип постоянства скорости света: скорость света в вакууме не зависит от скорости движения источника света или наблюдателя и одинакова во всех инерциальных системах отсчета. Скорость света в СТО занимает особое положение. Это предельная скорость передачи взаимодействий и сигналов из одной точки пространства в другую.

Эти принципы следует рассматривать как обобщение всей совокупности опытных фактов. Следствия из теории, созданной на основе этих принципов, подтверждались бесконечными опытными проверками. СТО позволила разрешить все проблемы «доэйнштейновской» физики и объяснить «противоречивые» результаты известных к тому времени экспериментов в области электродинамики и оптики. В последующее время СТО была подкреплена экспериментальными данными, полученными при изучении движения быстрых частиц в ускорителях, атомных процессов, ядерных реакций и т. п.

Постулаты СТО находятся в явном противоречии с классическими представлениями. Рассмотрим такой мысленный эксперимент: в момент времени t = 0, когда координатные оси двух инерциальных систем K и K' совпадают, в общем начале координат произошла кратковременная вспышка света. За время t системы сместятся относительно друг друга на расстояние υt, а сферический волновой фронт в каждой системе будет иметь радиус ct (рис. 7.1.3), так как системы равноправны и в каждой из них скорость света равна c.

3

Рисунок 7.1.3. Кажущееся противоречие постулатов СТО.

С точки зрения наблюдателя в системе K центр сферы находится в точке O, а с точки зрения наблюдателя в системе K' он будет находиться в точке O'. Следовательно, центр сферического фронта одновременно находится в двух разных точках!

Причина возникающего недоразумения лежит не в противоречии между двумя принципами СТО, а в допущении, что положение фронтов сферических волн для обеих систем относится к одному и тому же моменту времени. Это допущение заключено в формулах преобразования Галилея, согласно которым время в обеих системах течет одинаково: t = t'. Следовательно, постулаты Эйнштейна находятся в противоречии не друг с другом, а с формулами преобразования Галилея. Поэтому на смену галилеевых преобразований СТО предложила другие формулы преобразования при переходе из одной инерциальной системы в другую – так называемые преобразования Лоренца, которые при скоростях движения, близких к скорости света, позволяют объяснить все релятивисткие эффекты, а при малых скоростях (υ << c) переходят в формулы преобразования Галилея. Таким образом, новая теория (СТО) не отвергла старую классическую механику Ньютона, а только уточнила пределы ее применимости. Такая взаимосвязь между старой и новой, более общей теорией, включающей старую теорию как предельный случай, носит название принципа соответствия.

Ответ 23

Строение Атома. Модель Атома. Атом водорода. Атом водорода по Бору