Самостійна робота № 2 (2 год.)

ТЕМА: Основні положення спеціальної теорії відносності (СТВ). Закон взаємозв’язку маси та енергії

МЕТА: поглибити знання про основні поняття спеціальної теорії відносності; пояснити сутність постулатів СТВ; познайомити з історією створення СТВ; пояснити взаємозв’язок маси та енергії; розглянути фізичну суть закону взаємозв’язку маси й енергії; розвивати логічне мислення студентів; виховувати бажання самостійно отримувати знання.

ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ:

1. Бар’яхтар В.Г. Фізика. 10 кл. Підручник для загальноосвітніх навчальних закладів / В.Г. Бар’яхтар, Ф.Я. Божинова.-Х.: Видавництво «Ранок», 2010, с. 234-246

2. Бушок Г.Ф.Курс фізики. Кн.1. Фізичні основи механіки. Молекулярна фізика і термодинаміка / Г.Ф. Бушок, Є.Ф. Венгер. – К.: Вища школа, 2002, с. 137-168

3. Кучерук І.М. Загальний курс фізики. У трьох томах. Т. 1. Механіка. Молекулярна фізика і термодинаміка / І.М.Кучерук, І.Т Горбачук, П.П. Луцик. – К.: Техніка, 2006, с. 189-205

ПЛАН

1. Релятивістська механіка.

2. Постулати спеціальної теорії відносності.

3. Відносність часу.

4. Релятивістський закон додавання швидкостей.

5. Елементи релятивістської динаміки. Взаємозв’язок маси і енергії.

Зміст теоретичного матеріалу:

1 Релятивістська механіка. Класична механіка протягом століть добре пояснювала широке коло макроскопічних явищ. Разом із тим, уже на початку ХХ ст. виявилося, що деякі висновки класичної механіки не узгоджуються з дослідними результатами. Виникло питання про межі застосування класичної механіки.

Передусім було взято під сумнів справедливість перетворень за Галілеєм та класичний закон додавання швидкостей, який є прямим наслідком цих перетворень. Дослідження явищ, які відбуваються за великих швидкостей, близьких до швидкості світла, показували незастосовність до них законів класичної механіки, і на початку ХХ ст. була створена нова теорія руху тіл з великими швидкостями. Таку теорію вдалося створити у 1905 р. швейцарському фізику Альберту Ейнштейну (1879 – 1955). Вона одержала назву теорії відносності або релятивістської механіки (від. англ. relativity – відносність).

Спеціальна теорія відносності (СТВ) розглядає взаємозв’язок фізичних процесів, що відбуваються тільки в інерціальних системах відліку, тобто в системах, які рухаються одна відносно одної рівномірно і прямолінійно.

Загальна теорія відносності (ЗТВ) описує взаємозв’язок фізичних процесів, що відбуваються у системах, які прискорено рухаються одна відносно одної (неінерціальних системах відліку).

Розглянемо інерціальну нерухому систему K і систему , яка рухається відносно K рівномірно і прямолінійно із швидкістю (рис.1) і . Відлік часу почнемо з моменту, коли початки координат обох систем збігаються.

Знайдемо зв’язок між координатами довільної точки A в обох системах. З рис.1 видно, що

, або в проекціях на осі координат:

, , .

Ці рівняння – перетворення координат Галілея.

У випадку, коли система рухається зі швидкістю вздовж додатного напрямку осі OX системи K, перетворення Галілея мають вигляд

, , .

У класичній механіці передбачається, що хід часу не залежить від відносного руху систем відліку: .

Записані вище співвідношення мають місце лише в класичній механіці .

Отримаємо правило додавання швидкостей в класичній механіці:

, .

Прискорення в системі відліку K

.

Сила , що діє на частинку в системі K, збігається з силою , що діє на частинку в системі : . Це пов’язано з тим, що сила залежить від відстані між даною частинкою і частинками, які діють на неї або їх відносними швидкостями руху, а вони в ньютонівській механіці вважаються однаковими у всіх інерціальних системах. Маса також однакова у всіх системах.

Отже, рівняння динаміки не змінюються при переході від однієї інерціальної системи відліку до іншої, тобто є інваріантними відносно перетворення координат. Це і є механічний принцип відносності. Галілей зазначив, що ніякими механічними дослідами, які проведені в даній інерціальній системі відліку, не можна встановити, чи знаходиться вона в стані спокою, чи рухається рівномірно і прямолінійно.