15. Понятие общей теории относительности

Теория относительности — общепринятая официальной наукой теория о том, как устроен мир (на макроуровне), объединяющая механику, электродинамику и гравитацию. Содержанием теории относительности является физическая теория пространства и времени, учитывающая существующую между ними взаимосвязь геометрического характера.

Общая теория относительности разработана Эйнштейном в 1911 –1916 гг. В ее основе лежат два положения. Первое распространяет принцип относительности Эйнштейна на любые системы отсчета, т.е. и на неинерциальные (движущиеся ускоренно). Оно гласит: все физические законы можно сформулировать так, что они окажутся справедливыми для любого наблюдателя, сколь сложное движение он ни совершает. Математическое выражение законов может усложниться. Но смысл останется без изменения.

Второе положение называется принципом эквивалентности. Гравитация (всемирное тяготение) обусловливает ускоренное движение тел, причем все тела в данной точке гравитационного поля имеют одинаковое ускорение. В неинерциальной системе отсчета, движущейся вне поля тяготения с ускорением относительно инерциальной, все тела тоже будут иметь одинаковое ускорение (относительно инерциальной системы отсчета), противоположное ускорению системы, т.е. силу тяготения можно «создать» или «уничтожить» переходом в неинерциальную систему отсчета (движущуюся с ускорением). Принцип эквивалентности гласит: не существует эксперимента, с помощью которого можно было бы отличить действие гравитационного поля в сравнительно малом объеме пространства от действия ускоренного движения по отношению к «неподвижным» звездам (инерциальной системе отсчета). Принцип эквивалентности требует равенства двух масс тела: инертной и гравитационной. Эксперименты доказывают справедливость этого равенства с точностью до 10^-11.

16. 2 Закон Ньютона для вращательного движения или уравнение динамики вращательного движения.

Для характеристики вращательного эффекта силы при действии ее на твердое тело вводят понятие момента силы. Различают моменты силы относительно неподвижной точки и относительно неподвижной оси.

Моментом силы относительно неподвижной точки О называется физическая величина М, определяемая векторным произведением радиуса-вектора г, проведенного из точки О в точку Л приложения силы, на силу F:

Момент инерции – скалярная физическая величина, мера инертности во вращательном движении вокруг оси, подобно тому, как масса тела является мерой его инертности в поступательном движении.

М оментом силы относительно неподвижной оси z называется скалярная величина М_z, равная проекции на эту ось вектора Л/момента силы, определенного относительно произвольной точки О данной оси z (рис. 28). Значение момента М, не зависит от выбора положения точки О на оси z.

Это уравнение представляет собой уравнение динамики вращательного движения твердого тела относительно неподвижной оси.

Можно показать, что если ось z совпадает с главной осью инерции , проходящей через центр масс, то имеет место векторное равенство:

где J — главный момент инерции тела (момент инерции относительно главной оси).