Контрольная
Культура
Электротехника
Лабораторные
Школьный курс
Термех
Курсовая
Атомные станции

Лекции

Черчение
Физика
Реакторы
Интеграл
Выполнение чертежей
Конспект
На главную

Конспект курса лекций по физике. Классическая физика

Широко известным экспериментальным фактом

справедливости утверждения о различном ходе времени в движущихся и неподвижных системах является возможность наблюдения на Земле m - мезонов («мюонов»). Они возникают в результате бомбардировки кислорода и азота атмосферы космическими лучами на  высотах 10-30 км. Выяснено, что эти частицы имеют собственное время жизни tо (в собственной системе координат, относительно которой они считаются неподвижными) ~2×10-6 с, после чего распадаются. Следовательно, даже двигаясь со скоростью, равной скорости света, они смогли бы пройти расстояние не более 600 м. Однако они стабильно обнаруживаются в составе космического излучения на поверхности Земли и, следовательно, пролетают > 10 км. Объяснение этого феномена в том, что мюоны живут 2×10-6 с только по «своим» часам, в системе, которая сама движется очень быстро, а по «земным» часам – много больше.

Следствия СТО: относительность пространственных промежутков.

Пусть в движущейся системе вдоль оси x’ неподвижно лежит стержень длиной l0 = x2’ - x1’, а сама система движется со скоростью V вдоль оси х. Требуется найти длину l стержня относительно неподвижной системы. Причем координаты Х1 и Х2 отсчитываются одновременно, т.е. t2 = t1 = t .

Тогда из преобразований координат Лоренца x’ = k (x - Vt) следует:

x2’ = k ( x2 - V t)

x1’ = k (x1 - V t1) ; 

x2’ - x1’ = k(x2 - x1);

 lo = k l ® l = l0 / k = l0 Ö1 - (V/c)2, т.е. l<lo.

Размеры тела уменьшаются в направлении движения тем больше, чем больше скорость движения.

Конечно, сокращение длины становится заметным лишь при очень больших скоростях. Так, сокращение диаметра Земли (>12 тыс. км) при скорости её движения по орбите 30 км/с составляет всего около 6,5 см. Сокращение размера вполовину будет наблюдаться при км/с (в вакууме).

Экспериментально сокращение продольных размеров подтверждается при анализе взаимодействия электрических полей элементарных частиц, ускоренных до субсветовых (или релятивистских) скоростей.

На рис. 3.3 представлена схема «деформации» линий напряженности электрического поля, «сопровождающего» частицу, по мере увеличения ее скорости.

 

 Vx=0  Vx»

Поэтому соударение быстрых частиц электрозаряженных происходит так, как будто у них собственных электрических полей нет. 

Релятивистский закон сложения скоростей.

 Изменение закона сложения скоростей при релятивистских движениях следует уже из опыта Майкельсона-Морли. Пусть в системе К` (ракете) материальная точка (например, электрон в ускорителе) движется вдоль оси Х`, так что

. Сама система K` - ракета – движется относительно неподвижной системы отсчета К – Земли со скоростью V, сонаправленной с вектором V`частицы (рис.3.3).

 Определим, чему равна скорость точки-частицы U относительно Земли, т.е. найдем

 V

 Х V` Для упрощения вычислений выберем 

 · систему координат таким образом:

 t>0  DX`ºX`  при t=t`=0 частица находится в начале 

 DХºХ  координат, причем X=X`=0.

 t=0 Удобный выбор координат физической

  0 · сущности не меняет, но зато

 DХºХ, DX`ºX`; Dtºt,  Dt`ºt`;

 

 Рис.3.3. К выводу релятивистского закона сложения скоростей.

 Согласно преобразованиям координат Лоренца имеем

 x = k · (x` + V · t`);

 y = y`;

 z = z`;

 t = k · (t` + x` · V / c2);

 Тогда скорость точки U в системе координат, связанной с Землей будет равна

  (k сокращается)

 Делим числитель и знаменатель на t` (>0 всегда)

  и учтем, что

 Получаем .

 При V и V`<<c получаем предельный случай U=V±V` - классический закон сложения скоростей.

  Легко убедиться, что при V=c и даже V=V`=c получается U=c.

Таким образом, ни одно материальное тело не может двигаться со скоростью, большей, чем с – скорость света в вакууме.

Абсолютность пространственно-временного интервала в СТО.

Студенты могут самостоятельно убедиться в том, что в СТО остается неизменной величина 4-х мерного пространственно-временного интервала


где  а

 

Философское значение теории относительности.

Зачем инженеру-электронщику, инженеру-механику теория относительности? Ведь ядерной физикой он скорее всего заниматься не будет, а машины движутся со скоростями, далекими от скорости света. Даже самая быстрая ракета (покидающая пределы земного тяготения) движется со скоростью < 10-4 с, когда релятивистские эффекты еще никак не проявляются.

На этот вопрос есть разные ответы. Во-первых, СТО нам понадобится для вполне «земных» целей: изучения ускорителей заряженных частиц, радиоактивности, ядерного оружия и даже гораздо менее «экзотических» явлений, таких, как магнетизм. Все это входит в программу подготовки инженера любой специальности, так как формирует кругозор и современное научно-техническое мышление.

Во-вторых, образование обязано формировать не только профессиональные знания, но и мировоззрение, т. е. систему взглядов на мир и на место в нем человека. А теория относительности весьма сильно повлияла на мировоззрение целого поколения и родила множество философских споров. Возникли мысли такого рода: так как все знания о движении относительны, то мир непознаваем; так как масса может превращаться в энергию, то материя исчезает. Все это называли кризисом. Многим казалось, что теория относительности разрушила все достижения науки, привычный и удобный мир.

Однако с позиций диалектики в СТО нет ничего разрушительного для взглядов на мир. Действительно, относительность понятий «пространство» и «время» не уничтожает их, а, наоборот, дает новый, более точный и глубокий метод познания. Ведь с помощью СТО можно, как и прежде, заранее предсказать, какие получатся результаты, и, следовательно, мир остается познаваемым. И мате­рия не исчезает, если правильно понимать этот термин. Материя - это ведь не обязательно вещество в виде частиц. Она может иметь и другие формы, например энергии. Когда энергия превращается из одной формы в другую, это ведь никого не удивляет! Поэтому с позиций диалектики нет ничего страшного в том, что вещество и энергия превращаются друг в друга.

Более того, диалектика утверждает, что вообще ни одна теория не может быть окончательной. Каждая из них справедлива лишь на данном этапе развития и для определенных условий, поэтому и СТО - это еще не последнее слово науки. СТО, например, установила, что не существует выделенной, «главной» ИСО, а поэтому не существует абсолютной скорости. Однако недавно было открыто реликтовое излучение — электромагнитные волны, которые появились при рождении нашей Вселенной примерно 20 млрд. лет назад. Поэтому в пределах нашей Вселенной с этим излучением можно связывать «абсолютную» ИСО, измерять абсолютную скорость и т. д. Это, однако, не нарушает справедливость выводов СТО для всех остальных систем отсчета.

Можно без преувеличения сказать, что в настоящее время теория относительности стало достоянием общечеловеческой культуры. Она необходима не только узким специалистам, но и всякому образованному человеку как важный элемент его мировоззрения.

Общность колебательных процессов, их разнообразие и в тоже время их специфическое своеобразие, играют существенную роль в установлении внутренних связей между весьма разнообразными, на первый взгляд, явлениями. Этим обстоятельством, как мне кажется, и обусловливается, главным образом, принципиальное значение и важность интересующей нас области. Весьма существенно следующее: в области колебаний особенно объективно выступает взаимодействие между физикой и математикой, влияние потребностей физики на развитие математических методов и обратное влияние математики на физические знания.

Математика

Реакторы