Тема 1 механика с элементами теории относительности

1.1 Кинематика

Механическое движение - процесс изменения положения тела или его частей по отношению к другим телам или друг другу. Для описания механического движения необходимо указать тело, относительно которого рассматривается движение. Произвольно выбранное неподвижное тело, по отношению к которому рассматривается движение данного тела, называется телом отсчета.

Все физические величины, характеризующие движение тела (скорость, ускорение, перемещение), а также вид траектории, могут изменяться при пере­ходе из одной системы к другой, т. е. характер дви­жения зависит от выбора системы отсчета, в этом и проявляется относительность движения. Например, в воздухе происходит дозаправка самолета топливом. В системе отсчета, связанной с самолетом, другой самолет находится в покое, а в системе отсчета, свя­занной с Землей, оба самолета находятся в движе­нии.

Самый простой вид и форму законы физики имеют в инерциальных системах отсчета (ИСО). Инерциальная система отсчета - система отсчета, в которой тело находится в покое или движется равномерно и прямолинейно."Земля постоянно движется, но люди этого не знают; они как команда на закрытом судне, этого не замечают". (Лося Хун)

Сложение скоростей

Чтобы выяснить, как определяют скорости тел, движущихся друг относительно друга, рассмотрим следующий опыт. Тележка А движется равномерно и прямолинейно по поверхности платформы В, с которой связана подвижная система координат x'O'z', а сама платформа В в свою очередь движется равномерно и прямолинейно по горизонтальной поверхности С, с которой связана неподвижная система координат хOz (оси О_у и О_у' этих систем направлены перпендикулярно плоскости чертежа за чертеж).

В момент начала отсчета времени (t=0) левый край тележки А и начала этих систем координат (точки О и О') находятся на одной вертикали. Через промежуток времени t движущиеся тела занимают положения, изображенные на рис. 4, б. Как видно из рисунка, за указанный промежуток времени перемещение тележки А относительно подвижной системы отсчета (платформы B) равно s'. Скорость тележки А относительно подвижной системы отсчета равна v' = s'/t. За это же время перемещение подвижной системы отсчета (платформа В) относительно неподвижной системы отсчета (поверхности С) равно s₀. Скорость подвижной системы отсчета относительно неподвижной системы u= s₀/t.

За промежуток времени t перемещение тележки А относительно неподвижной системы отсчета (поверхности С) равно s=s'+s₀, а скорость тележки относительно неподвижной системы отсчета

v=s/t=s'/t+s₀/t,

т.е.

v=v'+u.    (1)

Формула (1) выражает классический закон сложения скоростей: Скорость движения тела относительно неподвижной системы отсчета равна векторной сумме скорости этого тела относительно подвижной системы отсчета и скорости самой подвижной системы отсчета относительно неподвижной системы.

Классический закон сложения скоростей справедлив только при нерелятивистском движении тел и систем отсчета, т. е. таком движении, при котором скорость тела v и скорость системы отсчета и много меньше скорости света в вакууме. Классический закон сложения скоростей является предельным случаем релятивистского закона сложения скоростей.

с=

Постулаты Энштейна: В 1905 году А.Эйнштейн, отвергнув гипотезу эфира, предложил специальную (частную) теорию относительности СТО, на основе которой можно совместить механику и электродинамику. В 1905 г. вышла его работа «К электродинамике движущихся тел ». В ней Эйнштейн сформулировал два принципа (постулата) теории относительности.

I постулат: все законы природы имеют одинаковую форму во всех инерциальных системах отсчета. Этот постулат явился обобщением принципа относительности Ньютона не только на законы механики, но и на законы остальной физики. Первый постулат - принцип относительности.

II постулат: свет распространяется в вакууме с определенной скоростью с, не зависящей от скорости источника и от скорости приемника светового сигнала.