Элементы специальной теории относительности
В своей работе “К электродинамике движущихся тел”, опубликованной в 1905г., Эйнштейн сформулировал более точную теорию механики быстродвижущихся тел - специальную теорию относительности.(1)
Специальная теория относительности (СТО) применима для тел, движущихся со скоростью, близкой к скорости света в вакууме
Исходными для построения теории относительности являются два закона природы, получившие подтверждение в самых различных явлениях движения. Эти законы были сформулированы Эйнштейном в следующем виде:
- “Законы, по которым изменяются состояния физических систем, не зависят от того, к которой из двух координатных систем, находящихся относительно друг друга в равномерном поступательном движении, эти изменения состояния относятся”.
- “Каждый луч света движется в “покоящейся” системе координат с определенной скоростью, независимо от того, испускается этот луч света покоящимся или движущимся телом”.
Первый закон распространяет закон эквивалентности инерциальных систем(закон относительности классической механики Галилея - Ньютон) на широкий класс физических явлений. Второй закон устанавливает постоянство скорости света независимо от скорости движения источника света.(1)
Второй закон кажется наиболее парадоксальным. В самом деле, при изучении движения тел со скоростями, малыми по сравнению со скоростью света, мы убеждаемся и теоретически, и экспериментально, что скорость тела относительно неподвижной системы координат зависит от движения “платформы”, с которой бросание тела производится. Так мяч, брошенный в направлении движения поезда, будет иметь по отношению к Земле большую скорость, нежели мяч, брошенный с неподвижного поезда. Для случая прямолинейного движения результирующая скорость будет равна алгебраической сумме слагаемых скоростей. При движении платформы и тела в одну сторону результирующая скорость будет равна арифметической сумме скоростей и будет подсчитываться по формуле:
рез. =
,
где v рез. Есть результирующая скорость тела по отношению к Земле,
- скорость платформы,
- скорость тела по отношению к платформе.
Из этого уравнения следует, что результирующая скорость всегда меньше скорости света. Даже в предельном случае, когда
= с,
= с,
Существенные изменения претерпевают и другие понятия механики. Масса тела в задачах специальной теории относительности зависит от скорости движения тела.
В этой формуле
- масса тела при v = 0 (масса “покоя”), m - масса тела, движущегося со скоростью v, и масса тела неограниченно возрастает, если его скорость приближается к скорости света.
Время в теории относительности не является универсальным; для движущегося наблюдателя время течет медленнее, чем для неподвижного. Связь времен, показываемых покоящимися и движущимися часами, определяется формулой:
где
- время, отсчитываемое неподвижными часами, а t - время, показываемое часами, движущимися со скоростью v относительно неподвижной системы. Для обычных задач механики величина очень мала по сравнению с единицей, и механика Ньютона дает весьма точные результаты.
При скоростях, близких к скорости света, уточнения, даваемые теорией относительности, приобретают принципиальный характер и в настоящее время, например, конструирование ускорителей, определение времени жизни элементарных частиц и экспериментальное определение массы быстродвижущихся тел не могут быть произведены без учета результатов, вытекающих из специальной теории относительности.(3)
Литература:
1.Детская энциклопедия. Том 3
2 А.И.Маркушевич, А.М.Кузнецова, И.В.Петрянов Вещество и энергия.
3. Сополов Е.Ф. КСЕ.
При любом использовании материалов установите обратную ссылку на своем сайте.
