46. Принцип относительности Галилея. Основные постулаты специальной теории относительности. Сравнение ньютоновской и релятивистских механик.

Принцип относительности Галилея.

Принцип инерции Галилея выделяет определенный класс систем отсчета, которые называют инерциальными. Инерциальными являются системы отсчета, в которых выполняется принцип инерции (первый закон Ньютона). Общепринятая формулировка первого закона Ньютона та­кова: Существуют системы отсчета, относительно которых всякое тело сохраняет состояние своего движения (состоя­ние покоя или равномерного прямолинейного 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 первой равномерно и прямолинейно, так­же является инерциальной. Все другие системы отсчета называются неинерциальными. Оговоримся прежде всего, что под системой отсчета понимается тело отсчета, относи­тельно которого рассматривается движение, связанная с телом отсчета система координат (например, декартова сис­тема координат, состоящая из трех взаимоперпендикуляр­ных пространственных координатных осей), и заданный спо­соб определения времени.

Суть принципа относительности Галилея: Во всех инерциаль­ных системах отсчета все физические явления происхо­дят одинаково.

Два следствия, неявно присутствующие в наших рассуждениях:

во-первых, что «правильно идущие часы» идут синхронно в любой системе отсчета;

во-вторых, что временные интервалы, длительность событий одинакова во всех системах отсчета.

Система отсчета, которая движется относительно инерциальной системы отсчета с ускорением, является неинерциальной.

Основные постулаты специальной теории относительности (Эйнштейна):

Все ИСО инвариантны по отношению к разным процессам, т.е. все явления неизменны по отношению к переходу из одной ИСО в другую. Например, и в той системе, которая покоится, и в той системе, которая движется равномерно прямолинейно, какое-то растение будет развиваться одинаково.

(Полный отказ от эфира). Скорость света в вакууме есть величина постоянная и не зависит от скорости движения источника и приемника света.

Сравнение ньютоновской и релятивистских механик:

47. Основные следствия специальной теории относительности. Пространственно-временной интервал. Закон взаимосвязи массы и энергии. Взгляд на пространство и время в сто.

Из постулатов СТО вытекает несколько основных следствий.

1. Относительность одновременности.

Согласно классической механике два события, одновременные в одной инерциальной системе отсчета, будут одновременны и в любой другой инерциальной системе отсчета, так как ход времени одинаков во всех точках пространства и во всех инерциальных системах отсчета.

Второй постулат СТО отвергает гипотезу абсолютной одновременности разноместных событий. Одновременность пространственно разделенных событий относительна: события, являющиеся одновременными в одной инерциальной системе отсчета, не одновременны в других инерциальных системах, движущихся относительно первой.

Вывод: одновременность пространственно разделенных событий относительна. Причиной относительности одновременности является конечность скорости распространения сигналов.

2. Относительность промежутков времени.

Относительность одновременности событий приводит к тому, что длительность (промежуток времени) в разных инерциальных системах отсчета также будет различна.

Таким образом, в движущихся относительно друг друга системах отсчета со скоростью, близкой к скорости света в вакууме, наблюдается эффект замедления времени.

Часы, движущиеся относительно инерциальной системы отсчета, идут медленнее неподвижных часов и показывают меньший промежуток времени между событиями.

3. Относительность длин (расстояний).

В классической механике считается неопровержимым тот факт, что расстояние между двумя точками тела (например, длина стержня) одинаково во всех инерциальных системах отсчета. В теории же относительности расстояние не является абсолютной величиной: оно зависит от скорости движения тела относительно рассматриваемой системы отсчета.

В инерциальных системах отсчета, движущихся друг относительно друга со скоростью, близкой к скорости света в вакууме, наблюдается эффект сокращения длины тел. Причем сокращение длины тела наблюдается только в направлении его движения, а поперечные размеры тела остаются неизменными.

Сокращение длины тела не связано с действием каких-либо сил, "сдавливающих" стержень вдоль его длины, это — кинематический эффект, вытекающий из преобразований Лоренца.

Рассмотренные выше эффекты называются релятивистскими, так как они наблюдаются при скоростях движения, близких к скорости света, и описываются СТО, но не могут быть объяснены с позиций классической физики.

Некое подобие следствий, которые как бы препод дала на лекции:

1)Вывод из преобразований Лоренца: длина тела в направлении движения становится меньше (сокращение размера в направлении движения тела) – лоренцево сокращение.

2)Длина тел в разных ИСО разная и длительность события тоже разная.

3)Время не абсолютно. Оно течет по-разному. И пространство не абсолютно. Длительность одного и того же события в разных ИСО разная.

Пространственно-временной интервал.

Оказалось, что есть величины, связывающие между собой пространство и время, которые остаются инвариантными по отношению к преобразованию одних ИСО в другие – это мировой интервал, т.е. связь между координатами и временем.

ds²=(dx²+dy²+dz²)-c²dt²

ds – расстояние между точками

dy – расстояние до оси у

dz – расстояние до оси z

dt – интервал времени между событиями в одной точке и в другой

c – скорость света в вакууме, с=3*10⁸м/c

Закон взаимосвязи массы и энергии.

Е=mc²

Этот закон универсальный, т.к. говорит о том, что если есть масса, то всегда есть эквивалентная энергия в любом деле.

Взгляд на пространство и время в СТО:

Время не абсолютно. Оно течет по-разному. И пространство не абсолютно. Длительность одного и того же события в разных ИСО разная.