- •Оглавление Введение
- •1. Кинематика поступательного и вращательного движения
- •2. Динамика поступательного движения
- •6.7. Общая теория относительности введение.@
- •1. Кинематика поступательного и вращательного движения. @
- •1.2. Кинематические характеристики и уравнения поступательного движения. @
- •1. 3. Частные случаи движения.@
- •1. 4. Кинематические характеристики вращательного движения. @
- •2. Динамика поступательного движения. @
- •2.2. Законы и.Ньютона. @
- •2. 3. Закон сохранения импульса. @
- •2. 4. Центр масс. Закон движения центра масс. @
- •2. 5. Принцип реактивного движения. Уравнение движения тела с переменной массой. @
- •2.6. Энергия, работа, мощность. @
- •2.7. Кинетическая и потенциальная энергии. @
- •2.8. Связь потенциальной энергии тела и действующей на него консервативной силы. @
- •2.9. Закон сохранения и превращения энергии в механике. @
- •3. Динамика вращательного движения. @
- •3.1. Основные характеристики динамики вращательного движения. @
- •3. 2. Работа и кинетическая энергия при вращательном движении твердого тела. @
- •3. 3. Основное уравнение вращательного движения тела вокруг неподвижной оси. @
- •4. Колебательное движение. @
- •4.1. Основные характеристики гармонического колебания. @
- •4.2. Скорость и ускорение при гармоническом колебании. @
- •4. 3. Гармонический осциллятор. Примеры гармонических осцилляторов. @
- •4. 4. Затухающие колебания. @
- •4. 5. Вынужденные колебания. Механический резонанс. @
- •5. Волновые процессы @
- •5.1. Понятие о волнах. Виды волн. @
- •5.2. Волновое уравнение. Уравнения и характеристики волн. @
- •5. 3. Энергия волны. Перенос энергии. @
- •5. 4. Принцип суперпозиции волн. Явление интерференции. @
- •6. Элементы релятивистской механики. @
- •6.1. Преобразования Галилея и механический принцип относительности. @
- •6. 2. Постулаты специальной (частной) теории относительности. @
- •6. 3. Преобразования Лоренца. @
- •6. 4. Следствия из преобразований Лоренца. @
- •1. Одновременность событий в разных системах отсчета.
- •2. Длина тел в разных системах отсчета.
- •3. Длительность событий в двух разных системах отсчета.
- •Мы получили, что
- •4. Релятивистский закон сложения скоростей.
- •6. 5. Основной закон динамики релятивистской частицы. @
- •6. 6. Взаимосвязь массы и энергии. Закон сохранения энергии в релятивистской механике. @
- •6.7. Общая теория относительности. @
Мы получили, что
О тсюда видно, что длительность события, происходящего в некоторой точке, будет наименьшей в той инерциальной системе отсчета, относительно которой эта точка неподвижна. Например, часы, движущиеся относительно инерциальной системы отсчета, идут медленнее покоящихся часов, т.е. ход часов замедляется в той системе отсчета, относительно которой они движутся. Это замедление становится заметным при скоростях, близких к скорости света.
Эффект замедления хода времени подтверждается экспериментально в опытах с мюонами – нестабильными элементарными частицами. Среднее собственное время жизни мюона (по часам в той инерциальной системе отсчета, относительно которой он покоится) τ0 =2,2 мкс. Мюоны рождаются в верхних слоях атмосферы под действием первичного космического излучения и движутся относительно Земли со скоростями, близкими к скорости света. Если бы релятивистского эффекта замедления хода времени не было, то по отношению к земному наблюдателю мюон мог бы за время своей жизни пройти путь в атмосфере, не превышающий в среднем τ0с = 660 м. Иными словами, мюоны не могли бы достигать поверхности Земли. В действительности, мюоны регистрируются приборами, установленными на поверхности Земли, так как среднее время движущегося мюона по часам земного наблюдателя много больше τ0 и путь, проходимый мюоном за это время много больше 660 м.
4. Релятивистский закон сложения скоростей.
Рассмотрим движение материальной точки в системе К’ со скоростью u. Определим скорость этой точки в системе К если система К’ движется со скоростью v. Запишем проекции вектора скорости точки относительно систем К и К’:
K: ux=dx/dt, uy=dy/dt, uz=dz/dt; K’: ux’=dx’/dt’, uy’ =dy’/dt’, u’z=dz’/dt’.
Теперь нам нужно найти значения дифференциалов dx, dy, dz и dt. Продифференцировав преобразования Лоренца, получим:
, , , .
Теперь мы сможем найти проекции скорости:
, , .
Из этих уравнений видно, что формулы, связывающие скорости тела в разных системах отсчета (эаконы сложения скоростей) существенно отличаются от законов классической механики. При скоростях малых по сравнению со скоростью света, эти уравнения переходят в классические уравнения сложения скоростей.
6. 5. Основной закон динамики релятивистской частицы. @
Масса релятивистских частиц, т.е. частиц, движущихся со скоростями v ~ с не постоянна, а зависит от их скорости: . Здесь m0 – это масса покоя частицы, т.е. масса, измеренная в той системе отсчета, относительно которой частица покоится. Эта зависимость подтверждена экспериментально. На основании ее рассчитывают все современные ускорители заряженных частиц (циклотрон, синхрофазотрон, бетатрон и т.д.).
Из принципа относительности Эйнштейна, утверждающего инвариантность всех законов природы при переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой, следует условие инвариантности физических законов относительно преобразований Лоренца. Основной закон динамики Ньютона F=dP/dt=d(mv)/dt оказывается также инвариантным по отношению к преобразованиям Лоренца, если в нем справа стоит производная по времени от релятивистского импульса .
Основной закон релятивистской динамики имеет вид: ,
и формулируется следующим образом: скорость изменения релятивистского импульса частицы, движущейся со скоростью близкой к скорости света, равна действующей на нее силе. При скоростях, намного меньших скорости света, полученное нами уравнение переходит в основной закон динамики классической механики. Основной закон релятивистской динамики инвариантен по отношению к преобразованиям Лоренца, но можно показать, что ни ускорение, ни сила, ни импульс сами по себе инвариантными величинами не являются. В силу однородности пространства в релятивистской механике выполняется закон сохранения релятивистского импульса: релятивистский импульс замкнутой системы не изменяется с течением времени.
Кроме всех перечисленных особенностей, основной и важнейший вывод специальной теории относительности сводится к тому, что пространство и время органически взаимосвязаны и образуют единую форму существования материи.