|
|
В любых инерциальных системах отсчета все физические явления при одинаковых начальных условиях протекают одинаково.Другими словами, в любых ИСО все одинаковые эксперименты дают одинаковые результаты. Это означает, что никакими экспериментами невозможно установить, например, движемся равномерно и прямолинейно или покоимся относительно некоторой системы отсчета. Для примера представим, что находимся в полностью закрытой каюте корабля (без окон), движущегося в полный штиль равномерно и прямолинейно. Понятно, что в этом случае будут отсутствовать толчки, покачивания и другие свидетельства движения. Сможем ли мы установить факт движения корабля? Согласно постулату относительности никакими физическими экспериментами, проводимыми в каюте данного корабля, невозможно установить факт движения относительно Земли. Иными словами, любые эксперименты, даже с использованием самой современной аппаратуры, приведут к тем же результатам, что и в неподвижном относительно Земли корабле. Первый постулат стимулировал появление второго постулата. Как известно, самая большая скорость, измеренная физиками, — это скорость света в вакууме. Для равноправия всех инерциальных систем отсчета необходимо потребовать, чтобы эта предельная скорость была в них одинаковой. В противном случае, измеряя эту скорость, можно установить факт движения или, по крайней мере, факт отличия данной системы отсчета от других, что запрещено первым постулатом. Таким образом, второй постулат или постулат постоянства скорости света звучит следующим образом: Во всех инерциальных системах отсчета скорость света в вакууме одинакова и не зависит от скорости движения источника.
Для того чтобы сформулировать постулаты теории относительности, Эйнштейну нужна была большая научная смелость, так как они противоречили классическим представлениям о пространстве и времени. Так, к примеру, один известный немецкий физик Герман Минковский считал, что время следует рассматривать как четвертое измерение. В 1908 году он начал свою лекцию на 80-м съезде немецкого общества естествоиспытателей и врачей следующими словами: «Взгляды на пространство и время, которые я хочу изложить перед вами, развивались на основе экспериментальной физики, и в этом их сила. Они радикальны. Отныне пространство само по себе и время само по себе обратились в простые тени, и только какое-то единство их обоих, сохранит независимую реальность». Подобную сложившуюся ситуацию в 1926 году в стихах описывал и русский поэт Федор Сологуб: Мы туда путей не знаем, Не умеем их найти, Мы в пространстве различаем Только три всего пути. … Все пути иные стерты, Мы запиханы в футляр, Не умеем мы четвертый Строить перпендикуляр. Как видно, имеются существенные противоречия с классическими представлениями о пространстве и времени, которые при больших скоростях движения не справедливы. Однако сама теория относительности не содержит никаких противоречий и является абсолютно логичной. Основные выводы: – Специальная теория относительности Эйнштейна базируется на двух постулатах. – Первый постулат (постулат относительности) звучит так: В любых инерциальных системах отсчета все физические явления при одинаковых начальных условиях протекают одинаково. – Согласно второму постулату (постулату постоянства скорости света): Во всех инерциальных системах отсчета скорость света в вакууме одинакова и не зависит от скорости движения источника. Карточка №3 «Вы думаете, всё так просто? Да, всё просто. Но совсем не так» Альберт Эйнштейн Из постулатов Специальной теории относительности вытекает ряд важнейших следствий.
Для наблюдателя, покоящегося относительно стержня, промежуток времени между вспышками легко определить, разделив удвоенную длину стержня на значение скорости света.
Таким образом, по числу вспышек можно измерять промежутки времени, необходимые для распространения сигнала. А что будет происходить, если стержень будет двигаться с некоторой скоростью вправо перпендикулярно стержню.
Учитывая то, что такой же промежуток времени займет возвращение сигнала к лампе, окончательно получим:
Промежуток времени А вот часы, движущиеся равномерно относительно данной системы отсчета, идут медленнее неподвижных часов и показывают тем больший промежуток времени, чем больше скорость их движения. Этот эффект называют релятивистским замедлением времени. Теперь давайте рассмотрим следующую ситуацию. Пусть имеется стержень, который движется вдоль своей оси с некоторой скоростью. Если неподвижный наблюдатель включит секундомер при совмещении с ним переднего конца стержня, а выключит при совмещении с ним заднего конца стержня, то длину стержня можно будет легко определить из формулы, которая знакома из курса физики 7 класса.
В системе отсчета, связанной со стержнем, также можно определить его длину, измеряя время секундомером, однако в этом случае сам секундомер уже будет двигаться относительно стержня.
Учитывая релятивистский эффект замедления времени, получим формулу, выражающую релятивистское сокращение размеров.
Таким образом, с точки зрения наблюдателя, движущееся тело сокращается в направлении своего движения. При этом поперечные размеры тела при таком движении не изменяются. Есть еще одно следствие из теории относительности. Оно носит название относительность одновременности и звучит следующим образом: одновременность пространственно-разделенных событий относительна. Если говорить более простым языком, то относительность одновременности говорит о том, что те события, которые были одновременными в одной инерциальной системе отсчета, перестают быть таковыми в другой системе отсчета, движущейся относительно первой с некоторой постоянной скоростью. Помимо всего прочего, результаты теории относительности привели и к изменению закона сложения скоростей. Классический закон сложения скоростей не может быть справедливым, так как он противоречит постоянству скорости света в вакууме. Так, например, если автомобиль движется со скоростью Для простоты рассмотрим частный случай. Пусть тело M движется вдоль оси x’ системы отсчета K’, которая, в свою очередь, движется со скоростью
Обозначим модуль скорости тела относительно подвижной системы отсчета через Тогда, зная модуль скорости тела в одной инерциальной системе отсчета, можно найти модуль его скорости в другой инерциальной системе отсчета.
Полученная взаимосвязь и выражает релятивистский закон сложения скоростей. Стоит отметить то факт, что полученная формула применима только в том случае, если все три вектора скорости направлены вдоль одной прямой.
Карточка №4 Сформулированные Эйнштейном постулаты, положенные в основу СТО, заставили физиков пересмотреть взгляды на классическую (ньютоновскую) механику. Классические выражения для импульса и энергии нужно было изменить для новой, уточненной формы записи законов сохранения импульса и энергии. Таким образом, теория относительности потребовала пересмотра и уточнения законов механики. Уравнения динамики следует изменить так, чтобы они оставались неизменными при переходе из одной инерциальной системы отсчета в другую согласно принципу относительности. В случае малых скоростей, т.е. скоростей намного меньших скорости света, уравнения релятивистской динамики должны переходить в классические, ибо в этой области их справедливость подтверждается на опыте. В классической механике важной динамической величиной является масса тела. Из второго закона Ньютона следует, что масса тела является мерой его инертных свойств. В формулах, связывающих импульс тела и его скорость, а также кинетическую энергию и скорость тела, масса также выступает как мера инертности. В тоже время, масса, входящая в закон всемирного тяготения, является мерой гравитационного взаимодействия. Инертность и способность к гравитационным взаимодействиям представляют собой совершенно различные проявления свойств материи. Однако то, что меры этих различных проявлений обозначаются одним и тем же словом совсем не случайно, а обусловлено тем, что оба свойства всегда существуют совместно и всегда друг другу пропорциональны. А многочисленные опыты и экспериментальные факты доказывают, что инертная и гравитационная массы равны.
Однако в теории относительности масса тела уже не является мерой количества вещества. Это объясняется тем, что в релятивистской теории в понятие материи включается не только вещество (протоны, электроны, нейтроны), но и излучения (фотоны). Поэтому масса будет определятся не столько числом частиц, сколько их энергиями.
  ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры...  Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...  Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычислить, когда этот...  ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования... Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:
|
Таким образом, скорость света в вакууме в теории Альберта Эйнштейна занимает особое положение. Кроме того, эта скорость является предельной скоростью всех процессов и движений, сопровождаемых переносом энергии. Этим механика теории относительности принципиально отличается от классической механики Ньютона.
Для начала рассмотрим воображаемые световые часы — это лампа и зеркало, закрепленные на противоположных концах стержня. Свет от вспышки лампы отражается от зеркала и попадает на фотоэлемент, расположенный рядом с лампой, который вновь ее включает.
Если сигнал достигает зеркала за промежуток времени 
при измерении по неподвижным часам, то зеркало за этот промежуток времени сместится из точки B в точку B’ на расстояние 
. Расстояние от места вспышки до места отражения равно 
. Тогда из прямоугольного треугольника AB’A’ следует, что
, измеренный по часам наблюдателя, покоящегося в данной ИСО, называют собственным временем наблюдателя. При этом собственное время одинаково во всех инерциальных системах отсчета.
где 
– собственная длина стержня, т.е. это длина стержня в системе отсчета, относительно которой он покоится.
и в некоторый момент времени включит фары, то скорость распространения света от фар относительно Земли должна быть равна опять-таки скорости света, а не 
. Новый закон сложения скоростей и должен приводить к требуемому результату.
, а модуль скорости этого же тела относительно неподвижной системы отсчета через 
.
Известно что, в классической механике масса рассматривается и как мера количества вещества. Вспомните: чем больше отдельных частиц содержит физическая система, тем больше ее масса.
Также в теории относительности масса движущегося тела не является мерой его взаимодействия с гравитационным полем, так как это поле зависит от энергии и импульса тела.