Экзаменационный билет №4
Сила — векторная физическая величина, являющаяся мерой интенсивности воздействия на данное тело других тел, а также полей. Приложенная к массивному телу сила является причиной изменения его скорости или возникновения в нём деформаций.[1]
Сила как векторная величина характеризуется модулем, направлением и «точкой» приложения силы. Последним параметром понятие о силе, как векторе в физике, отличается от понятия о векторе в векторной алгебре, где равные по модулю и направлению векторы, независимо от точки их приложения, считаются одним и тем же вектором . В физике эти векторы называются свободными векторами. В механике чрезвычайно распространено представление о связанных векторах, начало которых закреплено в определённой точке пространства или же может находиться на линии, продолжающей направление вектора (скользящие векторы).
Пространство и время в специальной теории относительности.
Специальная (частная) теория относительности была создана в начале XX века благодаря работам А. Эйнштейна, Х. Лоренца, А. Пуанкаре, Дж. Лармора, Дж. Фицджеральда, Г. Минковского и ряда других ученых. Она возникла в результате преодоления принципиальных трудностей, с которыми столкнулись электродинамика и оптика движущихся тел. Для преодоления этих трудностей ученым пришлось отказаться от гипотезы о существовании мирового эфира Основные положения специальной теории относительности (СТО) были изложены А. Эйнштейном в 1905 году в работе «К электродинамике движущихся сред». В основе СТО лежат два постулата:
1. Принцип относительности А. Эйнштейна: все физические явления (механические, оптические, электромагнитные и любые другие) при одинаковых начальных условиях протекают одинаково во всех инерциальных системах отсчета (ИСО).
2. Принцип постоянства скорости света: скорость света в вакууме одинакова во всех ИСО.
Второй постулат СТО связан с попытками ученых обнаружить движение Земли относительно мирового эфира (эфирный ветер). Такую попытку, в частности, предприняли А. Майкельсон и Э. У. Морли в 1887 году. Для этого они использовали интерферометр – прибор, работа которого основана на явлении интерференции света. Эфирный ветер должен был приводить к смещению интерференционной картины на 0,4 полосы при повороте интерферометра на 90 градусов. Обнаружение движения тел (в частности, Земли) относительно мирового эфира означало бы существование в природе особенной, абсолютной системы отсчета, связанной с эфиром. Тогда движение всех остальных систем отсчета можно было бы рассматривать по отношению к этой абсолютной системе отсчета. Эфирный ветер Майкельсону и Морли обнаружить не удалось (никакого смещения интерференционной картины при повороте интерферометра не происходило). Из опыта Майкельсона и Морли следовало также, что скорость света в вакууме не зависит от движения источников и приемников света, т. е. одинакова во всех ИСО (отсюда и второй постулат СТО). Более того, скорость света в вакууме c является предельной скоростью. Никакой сигнал, никакое воздействие тел друг на друга не могут распространяться со скоростью, превышающей значение с=300.000 км/с.
Первый постулат СТО является обобщением принципа относительности Г. Галилея, который относился только к механическим явлениям и указывал на то, что законы механики одинаковы для всех ИСО. По мысли Эйнштейна отрицательный результат опыта Майкельсона и Морли по обнаружению эфирного ветра свидетельствует о том, что мирового эфира не существует, следовательно, не существует и абсолютной системы отсчета, связанной с ним. Значит, все инерциальные системы отсчета равноправны, и не только в отношении законов механики, но и законов физики вообще. Поэтому принцип относительности Эйнштейна (первый постулат СТО) утверждает, что все физические законы одинаково формулируются для всех ИСО. Следовательно, уравнения, выражающие эти законы, должны оставаться неизменными (инвариантными) при переходе от одной ИСО к другой, т. е. при преобразованиях координат и времени.