Презентация на тему "Постулаты специальной теории относительности"

Содержание

• 
  Слайд 1

  СПЕЦИАЛЬНАЯ ТЕОРИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ (СТО)

  1. Принцип относительности Галилея. Закон сложения скоростей 2. Постулаты Эйнштейна 3. Преобразования Лоренца 4. Следствия из преобразований Лоренца 5. Релятивистская механика 6. Взаимосвязь массы и энергии покоя pptcloud.ru

• 
  Слайд 2

  Принцип относительности Галилея.Закон сложения скоростей

  При изложении механики предполагалось, чтомеханические явления происходят одинаково в двух системах отсчета, движущихся равномерно и прямолинейно относительно друг друга. Это есть принцип относительности Галилея

• 
  Слайд 3

  Преобразования Галилея координат, скорости и времени

  Рассмотрим две инерциальные системы отсчета k и k'. Система k' движется относительно k со скоростью вдоль оси x. Точка М движется в двух системах отсчета

• 
  Слайд 4
  

  Найдем связь между координатами точки M в обеих системах отсчета. Отсчет начнем, когда начала координат систем – совпадают, то есть t = t1. Тогда: Совокупность уравнений называется преобразованиями Галилея.

• 
  Слайд 5
  

  В векторной форме преобразования Галилея можно записать так: Продифференцируем это выражение по времени, получим: Или Это выражение определяет закон сложения скоростейв классической механике.

• 
  Слайд 6

  Специальная теория относительности

  В 1905 г. в журнале «Анналы физики» вышла знаменитая статья А. Эйнштейна «К электродинамике движущихся тел», в которой была изложена специальная теория относительности (СТО). В основе СТО лежат два постулата выдвинутых Эйнштейном. 1. Все законы природы одинаковы во всех инерциальных системах отсчета. 2. Скорость света в пустоте одинакова во всех инерциальных системах отсчета и не зависит от скорости источника и приемника света.

• 
  Слайд 7

  Преобразования Лоренца

  Формулы преобразования при переходе из одной инерциальной системы в другую с учетом постулатов Эйнштейна предложил Лоренц в 1904 г. Лоренц Хендрик Антон (1853 – 1928) – нидерландский физик-теоретик, член многих академий наук, в том числе и АН СССР, лауреат Нобелевской премии.

• 
  Слайд 8
  

  Лоренц установил связь между координатами и временем события в системах отсчета k и k' основываясь на тех экспериментальных фактах, что: все инерциальные системы отсчета физически эквивалентны; скорость света в вакууме постоянна и конечна, во всех инерциальных системах отсчета и не зависит от скорости движения источника и наблюдателя.

• 
  Слайд 9
  

  Таким образом, при больших скоростях движения сравнимых со скоростью света, Лоренц получил:

• 
  Слайд 10
  

  Истинный физический смысл этих формул был впервые установлен Эйнштейном в 1905 г. в СТО. В теории относительности время иногда называют четвертым измерением. Точнее говоря, величина ct, имеющая ту же размерность, что и x, y, z ведет себя как четвертая пространственная координата. В теории относительности ct и x проявляют себя с математической точки зрения сходным образом.

• 
  Слайд 11
  

  При малых скоростях движения или при бесконечной скорости распространения взаимодействий ( теория дальнодействия) преобразования Лоренца переходят в преобразования Галилея (принцип соответствия).

• 
  Слайд 12

  Следствия из преобразований ЛоренцаОдновременность событий в СТО

  По Ньютону, если два события происходят одновременно, то это будет одновременно для любой системы отсчета (время абсолютно). Эйнштейн задумался, как доказать одновременность?

• 
  Слайд 13
  

  Возьмем два источника света на Земле А и В

• 
  Слайд 14
  

  Если свет встретится на середине АВ, то вспышки для человека находящегося на Земле, будут одновременны. Но со стороны пролетающих мимо космонавтов со скоростью υ вспышки не будут казаться одновременными, т.к. c=const. Рассмотрим это более подробно.

• 
  Слайд 15
  

  Пусть в системе k (на Земле) в точках x1 и x2 происходят одновременно два события в моментвремени t1=t2=t. Будут ли эти события одновременны в k' (в пролетающей мимо ракете)? Для определения координат в k' воспользуемся преобразованиями Лоренца.

• 
  Слайд 16
  

  Получим:

• 
  Слайд 17
  

  Если события в системе k происходят одновременно в одном и том же месте, то и т.е. и для k' эти события тоже одновременны.

• 
  Слайд 18

  Лоренцево сокращение длины(длина тел в разных системах отсчета)

  Рассмотрим рисунок, на котором изображены две системы координат kи

• 
  Слайд 19
  

  Пусть – собственная длинатела в системе, относительно которого тело неподвижно (например: в ракете движущейся со скоростью мимо неподвижной системы отсчета k (Земля)). Измерение координат x1 и x2 производим одновременно в системе k, т.е.

• 
  Слайд 20
  

  Используя преобразования Лоренца, для координат получим: т.е. Формула называется Лоренцевым сокращениемдлины.Собственная длина тела, есть максимальная длина. Длина движущегося тела короче, чем покоящегося. Причем, сокращается только проекция на ось x, т.е. размер тела вдоль направления движения.

• 
  Слайд 21

  Замедление времени(длительность событий в разных системах отсчета)

  Пусть вспышка лампы на ракете длится , где -собственное время, измеренное наблюдателем, движущимся вместе с часами. Чему равна длительность вспышки ( ) с точки зрения человека находящегося на Земле, мимо которого пролетает ракета?

• 
  Слайд 22
  

  Из преобразований Лоренца имеем: или Из этого уравнения следует, что собственное время – минимально (движущиеся часы идут медленнее покоящихся). Таким образом, вспышка на Земле будет казаться длиннее. Этот вывод имеет множество экспериментальных подтверждений.

• 
  Слайд 23

  Сложение скоростей в релятивистской механике

  Пусть тело внутри космического корабля движется со скоростью Сам корабль движется с такой же скоростью . Чему равна скорость тела относительно Земли ?

• 
  Слайд 24
  

  Классическая механика Но скорость света является предельной скоростью переноса информации, вещества и взаимодействий: Оценим скорость тела, используя преобразования Лоренца.

• 
  Слайд 25
  

  Внутри корабля перемещение dx' за время dt' равно Найдем dx и dt с точки зрения наблюдателя на Земле, исходя из преобразований Лоренца: dy = dy'; dz = dz';

• 
  Слайд 26
  

  Так как , то: Эта формула выражает правило сложения скоростей в релятивистской кинематике для х – вой компоненты.

• 
  Слайд 27
  

  Для у – вой компоненты скорости, если движение частицы происходит не параллельно оси х, правило преобразования для и следующее: Тогда скорость частицы в системе К:

• 
  Слайд 28

  Релятивистская динамика

  Релятивистский импульс В векторной форме Релятивистское выражение для полной энергии

• 
  Слайд 29
  

  При , в системе координат, где частица покоится, полная энергия равна энергии покоя: Полная энергия складывается из энергии покоя и кинетической энергии (К). Тогда

• 
  Слайд 30
  

  Соотношение, связывающее полную энергию с импульсом частицы. Это выражение, связывающее энергию и импульс является инвариантом. Закон взаимосвязи массы и энергии покоя и стало символом современной физики.

• 
  Слайд 31
  

  Основное уравнение динамики в релятивистском случае: Из этого уравнения следует, что вектор ускорения частицы, в общем случае, не совпадает по направлению с вектором силы.