Б) Лабораторна робота № 2

Тема: Відносність відстаней

Мета роботи: Вивчити спеціальну теорію відносності і дослідити відносність відстаней за допомогою моделювання фізичних процесів комп'ютером

5. Методика виконання роботи

Лабораторна робота виконується за допомогою моделювання фізичних процесів комп'ютером з використанням програми «Открытая фізика».

Вигляд вікна цієї програми наведено на рис.1. Значення y - відносну швидкість систем відліку,

l -  відстань між кінцями стержня, - довжина твердого стержня, виміряна у власній системі відліку, в якій стержень нерухомий.

Одним з важливих наслідків спеціальної теорії відносності є висновок про відносність відстаней.  Відстань не є абсолютною величиною, а залежить від швидкості руху тіла відносно даної системи відліку. 

Нехай довжина твердого стержня, виміряна у власній системі відліку, в якій стержень нерухомий, дорівнює l₀. Під довжиною l стержня в іншій системі відліку, щодо якої стержень рухається з деякою швидкістю υ, розуміють відстань між кінцями стержня, зафіксованими одночасно по годинах цієї системи. Тоді відповідно до теорії відносності має місце співвідношення: 

де   Таким чином, довжина рухомого стержня виявляється завжди менше довжини нерухомого стержня.  Відносність відстаней (довжин) пов'язана з постійністю швидкості світла у всіх інерціальних системах і з відносністю проміжків часу.  Комп'ютерна програма моделює експеримент з вимірювання довжини твердого стержня двома спостерігачами, які у різних інерціальних системах. Один зі спостерігачів нерухомий по відношенню до стержня, інший рухається з деякою швидкістю υ вздовж стержня. Експеримент полягає у вимірюванні часу поширення світлового імпульсу від одного кінця стержня до іншого і назад.Подія 1 - коротка світлова спалах на одному кінці стержня подія 2 - повернення світлового імпульсу до лампи! У власній системі відліку інтервал часу між цими подіями дорівнює τ₀ = 2l₀ / c. У рухомій системі відліку інтервал часу між цими подіями дорівнює  З цих співвідношень випливає  У комп'ютерному експерименті можна змінювати відносну швидкість систем відліку. У верхній частині екрана відтворюється експеримент з вимірювання власного часу τ₀ між подіями в системі, в якій стержень нерухомий. У нижній частині екрана цей же експеримент виконує спостерігач в рухається по відношенню до стержня системі відліку. Результати вимірювань проміжків часу τ₀ і τ висвічуються на годиннику в обох системах відліку.

6. Завдання до роботи

Вивчити спеціальну теорію відносності, а саме відносність довжини.

7. Порядок виконання роботи

Дослідження відносність довжини

6. Задати відносну швидкість систем відліку y.

7. Записати стале значення початкової відстанні .

8. Записати значення l -  відстань між кінцями стержня та зачення відношення швидкості руху системи відносно швидкості світла – β.

9. Спостерігаючи рух рухомої системи відносно нерухомої записати: а) значення часу за який світловий промінь пройшов відстань в нерухомій системі -; б) значення часу за який світловий промінь пройшов відстаньl в рухомій системі - ; в)значення часу проходження відстані світлового променя в рухомій системі відносно нерухомої - .

10. П.1-4 повторити для десяти різних значень y.