4. Внутреннее трение

Внутренним трением (вязкостью) называется явление возникновения сил, препятствующих относительному перемещению слоев жидкости или газа. Силы внутреннего трения направлены вдоль соприкасающихся слоев (а не перпендикулярно к их поверхностям, как силы упругости) и зависят от их относительных скоростей.

Причиной внутреннего трения в газах является перенос частицами газа импульсов между соприкасающимися слоями. На рисунке 1.33 условно изображены соприкасающиеся слои газа 1 и 2, движущиеся с неодинаковыми скоростями и один слой скользит по другому, причем . Переход какой-то частицы А из нижнего слоя в верхний приведет к торможению последнего. Переход частицы В из верхнего слоя в нижний связан с передачей нижнему слою импульса, имеющего составляющую, совпадающую со скоростью , т.е. переход частицы В будет сопровождаться увеличением скорости нижнего слоя. Поэтому на верхний слой газа будет действовать сила трения, направленная влево, а на нижний слой – сила трения, совпадающая по направлению со скоростью .

Аналогично объясняется возникновение сил внутреннего трения в жидкости при высоких температурах, близким к критическим (2.5.3). При температуре, близкой к температуре затвердевания, механизм возникновения сил внутреннего трения в жидкости имеет более сложный характер.

7. Основы специальной теории относительности

   1. Постулаты Эйнштейна

Ряд известных в конце XIX в. опытов не получил объяснения в классической механике. В 1905 г. А. Эйнштейн сформулировал новую теорию, в корне ломающую «очевидные представления».

Специальная теория относительности применима к инерциальным системам отсчета и основана на двух постулатах Эйнштейна:

1. Все физические явления протекают одинаково в любых инерциальных системах отсчета.

2. Скорость света в вакууме не зависит от направления его распространения и от движения источника.

Первый постулат – принцип относительности – является распространением известного принципа Галилея на электромагнитные явления. Второй – принцип постоянства скорости света – утверждает одинаковость скорости света в вакууме во всех инерциальных системах отсчета и основан на опыте.

Принятие постулатов Эйнштейна связано с тем, что скорость света не складывается со скоростью источника по преобразованиям Галилея, а это означает, что неверны сами преобразования Галилея.

Вместо них Эйнштейн использовал преобразования Лоренца, которые имеют вид:

(1.8)

(1.9)

(1.10)

где (1.11)

(время в подвижной системе отсчета).

Эти преобразования линейны, инвариантны и удовлетворяют постулатам Эйнштейна. Заметим, что при условии преобразования Лоренца переходят в преобразования Галилея, которые, таким образом, представляют собой частный случай преобразований Лоренца.

Из формул (1.8) и (1.10) видно, что при движении со сверхсветовой скоростью знаменатели стали бы мнимыми.

Даже при движении со скоростью света преобразования теряют смысл. В настоящее время неизвестно, какой качественный скачок испытывает материя при световой скорости, когда теория относительности неприменима. А в рамках этой теории скорость света – недостижимый предел скорости для всех тел, имеющих отличную от нуля массу покоя.

В теории относительности изменяются наши привычные представления. Например, рассмотрим процесс распространения света в двух инерциальных системах отсчета – в вагоне движущегося относительно перрона поезда и на этом перроне (рис. 1.34). В некоторый момент времени зажглась лампа на столбе, находящемся посередине отрезка перрона.

Подвижный наблюдатель увидит стенки вагона и освещенными одновременно, а неподвижный – неодновременно, так как стенка движется к источнику , а стенка – от него. Таким образом, понятие одновременности оказывается относительным.