Релятивистская кинематика. Основные представления классической физики

Содержание

Слайд 2

Релятивистская кинематика Основные представления классической физики Следствия: 1. Преобразования Галилея 2.

Релятивистская кинематика

Основные представления классической физики

Следствия: 1. Преобразования Галилея

2. Правило сложения скоростей

3. Инвариантность

длины и промежутков времени

4. Импульс

5. Сохранение массы. Сохранение кинетической энергии в упругих столкновениях.

Слайд 3

Релятивистская кинематика Постулаты Эйнштейна A B B' D D′ E E'

Релятивистская кинематика

Постулаты Эйнштейна

A

B

B'

D

D′

E

E'

F

F′

V

Схема опыта Майкельсона

Постулаты Эйнштейна
Принцип относительности. Все физические явления во всех

ИСО протекают совершенно одинаково.
Принцип постоянства скорости света. Скорость света в вакууме одинакова во всех ИСО.
Слайд 4

Принцип евклидового пространства. Физическое пространство является 3-мерным евклидовым пространством. Принцип абсолютного

Принцип евклидового пространства. Физическое пространство является 3-мерным евклидовым пространством.
Принцип абсолютного времени постоянства

скорости света. Скорость света в вакууме одинакова во всех ИСО.
Принцип инерции. Свободное тело движется прямолинейно и равномерно относительно других свободных тел (инерциальных систем).
Принцип относительности Галилея СТО (Эйнштейна). Все физические явления в инерциальных системах отсчета протекают одинаково.
Принцип сохранения импульса. В замкнутой системе сохраняется количество движения (импульс).

Релятивистская кинематика

Основные представления СТО

Слайд 5

Релятивистская кинематика Синхронизация часов r Наблюдатель, находящийся в начале координат в

Релятивистская кинематика

Синхронизация часов

r

Наблюдатель, находящийся в начале координат в определенный момент передает

по радио сигнал точного времени.
В момент, когда этот сигнал достигнет часов, их устанавливают так, чтобы они показывали время , т.е. с учетом времени запаздывания сигнала.
С помощью повторения сигнала через определенные промежутки времени устанавливается синхронный ход всех часов.
Слайд 6

Соотношения между событиями K' K A B A, B − фотоэлементы

Соотношения между событиями

K'

K

A

B

A, B − фотоэлементы

V

Система K':

Система K:

События, одновременные в одной

системе отсчета, не являются одновременными в другой системе отсчета.
Одновременность является относительной.
Время в разных системах отсчета течет по разному.

Релятивистская кинематика

Слайд 7

Замедление времени и сокращение длины Построение ИСО ИСО − система координат

Замедление времени и сокращение длины

Построение ИСО

ИСО − система координат + система

синхронизированных часов

неподвижный атом

λ, T − естественные эталоны длины и времени

λ

1 м = kλ
1 c = mT

− практические эталоны

1960−1983: 1 метр равен 1 650 763,73 длин волн оранжевой линии (6056 Å) спектра излучения изотопа криптона 86Kr в вакууме.
Современное определение: 1 метр равен длине пути, проходимого светом в вакууме за (1 / 299 792 458) секунды.
Современное определение: 1 секунда равна 9 192 631 770 периодам излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома 133Cs .

Релятивистская кинематика

Слайд 8

Замедление времени и сокращение длины K' A' O' K A O

Замедление времени и сокращение длины

K'

A'

O'

K

A

O

x, x'

?

V

OA = 1 м (в системе

K)
O'A' = 1 м (в системе K')

A' > или < A ?

Пусть l⊥ уменьшается при движении.
С точки зрения K' A < A'
С точки зрения K A' < A

противоречие

A = A' (совпадение)

Таким образом, имеет место равенство поперечных размеров тел или

Релятивистская кинематика

Слайд 9

Замедление времени и сокращение длины Световые часы − зеркало − зеркало

Замедление времени и сокращение длины

Световые часы

− зеркало

− зеркало

− луч света

Период часов

в системе K'

K'

x'

В системе K' часы неподвижны
Δτ − период неподвижных часов

l

Релятивистская кинематика

Слайд 10

Замедление времени и сокращение длины Период часов в системе K K

Замедление времени и сокращение длины

Период часов в системе K

K

x

В системе K

часы движутся со скоростью V
Δt − период движущихся часов

l

Релятивистская кинематика

Слайд 11

Замедление времени и сокращение длины Γ − Лоренц−фактор системы Δτ −

Замедление времени и сокращение длины

Γ − Лоренц−фактор системы

Δτ − собственное время

(время часов, связанных с телом)

− замедление времени

Движущиеся часы идут медленнее, чем покоящиеся.

Экспериментальное подтверждение:
Мюоны μ, собственное время жизни τ = 2⋅10–6 с. Время жизни быстрых мюонов (в космических лучах) > τ и соответствует формуле замедления времени.

Релятивистская кинематика

Слайд 12

Замедление времени и сокращение длины Парадокс часов (близнецов) A B С

Замедление времени и сокращение длины

Парадокс часов (близнецов)

A

B

С точки зрения A tA

> tB
С точки зрения B tB > tA

? парадокс

V

часы B отстанут от A (близнец A окажется старше B)

Релятивистская кинематика

Слайд 13

Замедление времени и сокращение длины Лоренцево сокращение K l0 K' Δτ

Замедление времени и сокращение длины

Лоренцево сокращение

K

l0

K'

Δτ

A

B

K': l0 − собственная длина
K:

l − длина движущегося стержня

M

Δτ − время пролета стержня l мимо M
Δt − время пролета метки M длины l0

− сокращение длины

Продольный размер движущегося стержня меньше его собственной длины.

Релятивистская кинематика

Слайд 14

Преобразования Лоренца K K' x x' O O' x Vt A

Преобразования Лоренца

K

K'

x

x'

O

O'

x

Vt

A (событие)

t, t'

При t = t' = 0 начала

O и O' совпадают

?

I.

II.

С точки зрения K:

x'

y'

y

С точки зрения K':

и

III.

V

Релятивистская кинематика

Слайд 15

Преобразования Лоренца При Преобразования Лоренца Преобразования Галилея Релятивистская кинематика

Преобразования Лоренца

При

Преобразования Лоренца Преобразования Галилея

Релятивистская кинематика

Слайд 16

Четырехмерный мир (пространство Минковского) Интервал Определение: Δs − интервал (между событиями)

Четырехмерный мир (пространство Минковского)

Интервал

Определение:

Δs − интервал (между событиями)

Из преобразований Лоренца

или

Типы

интервалов

1.

− пространственноподобный ( ∃ K', в которой Δt' = 0 )

2.

− времениподобный ( ∃ K', в которой Δr' = 0 )

3.

− светоподобный

Слайд 17

Четырехмерный мир (пространство Минковского) Пространство Минковского Определение 1: − четырехвектор события

Четырехмерный мир (пространство Минковского)

Пространство Минковского

Определение 1:

− четырехвектор события (мировой точки)

− квадрат

длины

Компоненты преобразуются в соответствии с преобразованиями Лоренца

Определение 2:

Четырехскаляром (инвариантом) называется величина, не зависящая от выбора ИСО

− четырехскаляр

Слайд 18

Четырехмерный мир (пространство Минковского) Пространство Минковского Определение 3: − четырехвектор Компоненты

Четырехмерный мир (пространство Минковского)

Пространство Минковского

Определение 3:

− четырехвектор

Компоненты преобразуются в соответствии с

преобразованиями Лоренца
Слайд 19

Четырехмерный мир (пространство Минковского) Пространство Минковского Свойства четырехвекторов − квадрат длины

Четырехмерный мир (пространство Минковского)

Пространство Минковского

Свойства четырехвекторов

− квадрат длины четырехвектора

− четырехскаляр

1.

2.

Равенство четырехвекторов

сохраняется во всех ИСО

Типы четырехвекторов

1.

− пространственноподобный

2.

− времениподобный

3.

− светоподобный

Четырехвектора можно складывать и умножать на числа как и обычные векторы.

Слайд 20

Четырехмерный мир (пространство Минковского) Пространство Минковского Четырехскорость , τ − собственное время материальной точки или

Четырехмерный мир (пространство Минковского)

Пространство Минковского

Четырехскорость

, τ − собственное время материальной точки

или

Слайд 21

Четырехмерный мир (пространство Минковского) Пространство Минковского Релятивистский закон сложения скоростей Из

Четырехмерный мир (пространство Минковского)

Пространство Минковского

Релятивистский закон сложения скоростей

Из преобразований Лоренца

для четырехскорости

При малых скоростях

Релятивистский закон сложения скоростей соответствуют второму постулату Эйнштейна о неизменности скорости света c во всех ИСО.

или

Слайд 22

Релятивистская динамика Нерелятивистский импульс Если в результате столкновения шаров (тел) движение

Релятивистская динамика

Нерелятивистский импульс

Если в результате столкновения шаров (тел) движение одного шара

"уменьшилось", то движение другого шара "увеличилось".
Поэтому предполагается, что при соударении тел сумма мер движения шаров не меняется.

Закон сохранения импульса (для замкнутых систем)

Следствия:
Закон сохранения массы.
Закон сохранение кинетической энергии при абсолютно упругих столкновениях

Слайд 23

Релятивистская динамика Релятивистский импульс Пусть в релятивистском случае Упругое столкновение двух

Релятивистская динамика

Релятивистский импульс

Пусть в релятивистском случае

Упругое столкновение двух одинаковых частиц

В системе

центра масс

Импульс частиц равен 0

Столкновение упругое

Слайд 24

Релятивистская динамика Релятивистский импульс m − обычная масса при 4-импульс В

Релятивистская динамика

Релятивистский импульс

m − обычная масса

при

4-импульс

В системе центра масс

данное равенство сохраняется

во всех ИСО

4-вектор

4-вектор

Слайд 25

Релятивистская динамика Релятивистский импульс или − релятивистский импульс Данное выражение импульса

Релятивистская динамика

Релятивистский импульс

или

− релятивистский импульс

Данное выражение импульса единственное совместимое с принципом

сохранения импульса при столкновении двух частиц

− закон сохранения импульса

Слайд 26

Релятивистская динамика Релятивистский энергия 4-импульс системы Определение: − релятивистский энергия Так

Релятивистская динамика

Релятивистский энергия

4-импульс системы

Определение:

− релятивистский энергия

Так как в замкнутой системе во

всех ИСО сохраняются пространственные компоненты 4-импульса системы

Сохраняется также временная компонента 4-импульса системы, или

− закон сохранения энергии

Слайд 27

Релятивистская динамика Релятивистский энергия При малых скоростях − энергия покоя −

Релятивистская динамика

Релятивистский энергия

При малых скоростях

− энергия покоя

− кинетическая энергия

При упругих столкновениях

Таким

образом, закон сохранения импульса приводит к
закону сохранения энергии и к
закону сохранения кинетической энергии (для упругих столкновений)
Слайд 28

Релятивистская динамика Релятивистский энергия 4-вектор энергии-импульса (4-импульса) Энергия и импульс света

Релятивистская динамика

Релятивистский энергия

4-вектор энергии-импульса (4-импульса)

Энергия и импульс света

При v =

c

Данные соотношения подтверждаются экспериментально, например, при изучении эффекта Комптона.

Слайд 29

Релятивистская динамика Релятивистская сила Исходя их этого, сила (как мера воздействия) определяется как 4-вектор силы

Релятивистская динамика

Релятивистская сила

Исходя их этого, сила (как мера воздействия) определяется как

4-вектор

силы
- Предыдущая
Утренняя зарядка
Следующая -
Икона Страшный суд Новгород, XV век

Похожие презентации

Электромагнитная индукция. Явление электромагнитной индукции (ЭМИ)
Электромагнитные колебания и волны
Электростатика (продолжение)
Проецирующий аппарат и элементы картины
Поширення радіохвиль у навколоземному просторі
Давление на примере ЦПГ
Броуновское движение
Зачем физика нужна инженеру Презентацию подготовили ученицы ХI класса «А» МОУ Аннинский лицей Семынина Инна Гончаренко Екатер
Средства измерений
Что такое реактивное движение
Кептіру процесі
Апарати для дослідження океанічних глибин
Методы зондирования окружающей среды. Дальности обнаружения метеорологических объектов
Ближнепольная оптическая микроскопия
Использование УМК Живая физика в проектной деятельности учащихся
Равнодействующие силы в пространстве. (Лекция 3)
Проектная работа. Маятник (Колыбель) Ньютона
Динамика поступательного движения
Кинематика. Решение задач
Термодинамические свойства воды и водяного пара
Атомы и молекулы (урок изучения нового материала)
Температура и термометры Материал к уроку физики
Методы уменьшения потерь мощности в питающих сетях
Теоретико-графовый анализ информативности кинетических параметров механизмов химических реакций
Расчеты на прочность механических конструкций
Молекулярная физика. Термодинамика
Постоянные магниты. Источники магнитного поля. Элетромагниты
Механика и элементы специальной теории относительности
Вы можете прислать нам Вашу презентацию и мы опубликуем ее на сайте.
Обратная связь
Для правообладателей
Email: Нажмите что бы посмотреть