Задачи по специальной теории относительности
Задача. С какой скоростью движется тело, если его продольные размеры уменьшились на 30%? Ответ: 0,71 c.
Решение.
Согласно условию длина тела для движущегося наблюдателя составляет 0,70 от собственной длины тела:
Сопоставив с формулой
получим
откуда и найдем скорость тела. Посчитайте сами.
Задача. Собственное время жизни частицы равно 15 мкс. Какой должна быть скорость частицы, чтобы неподвижный наблюдатель мог ее наблюдать в течение одной миллисекунды? Ответ: 0,9999c.
Решение.
Согласно условию
Сопоставив с формулой
получим
Возведем в квадрат обе части правого равенства
Извлечем квадратный корень, использовав формулу
Получим
Задача.
Найдите скорость частицы, если ее полная
энергия в 4 раза больше кинетической.
Ответ: 0,66 c
(c
/ 4).
Решение.
Согласно условию и определению релятивистской кинетической энергии имеем
откуда
Сопоставив с формулой полной релятивистской энергии
получим
Далее
Задача. Полная энергия частицы с массой m в 5 раз больше ее кинетической энергии. Найдите импульс частицы.
Решение.
Согласно условию
.
Так как кинетическая энергия больше не
понадобится, выразим ее через полную
энергию:
.
Далее по определению кинетической
энергии
откуда
Далее используем формулу связи релятивистской энергии с релятивистским импульсом
Примеры толкования формул
Все формулы подразделяются на следующие виды:
Формулы определения какой-то физической величины.
Формулы некоторого физического закона.
Формулы расчета какой-то физической величины.
Формулы связи между физическими величинами.
Приведем примеры.
.–
формула определения
проекции скорости на ось
.
– формула
определения углового
ускорения.
– формула
определения вектора
напряженности электрического поля.
– формула
второго закона
Ньютона.
– формула
закона сохранения
момента импульса.
– формула
расчета потенциала
электрического поля, созданного точечным
зарядом.
– формула
связи между вектором
напряженности электрического поля и
потенциалом в интегральной форме.
– формула
связи между релятивистской
энергией, релятивистским импульсом и
массой тела.
Можно дать толкование формулы, просто расшифровав словами данное равенство. Например:
Произведение постоянной Планка
на частоту света
равно сумме работы выхода электронов
из металла
и максимальной кинетической энергии
этих электронов, где
– масса электронов, а
– их максимальная скорость.
