Атомная физика | Физические законы механики | Термодинамика | Электричество | Магнетизм | Оптика | Молекулярная физика | Физмат.ру
Математика 1 семестр | Математика 2 семестр | Математика 3 семестр | Математика 4 семестр | Интегралы | 1 курс

Основы специальной теории относительности Теория относительности

 

ПРОБЛЕМА ПРАВИЛЬНОЙ ФИЗИЧЕСКОЙ ИНТЕРПРЕТАЦИИ ПРЕОБРАЗОВНИЙ ЛОРЕНЦА.

 Основные преобразования инвариантности -так называемые преобразования Лоренца: 

 

были опубликованы Лоренцем в 1904 г. в упомянутой работе.

 

 Пуанкаре понял, что преобразования, найденные Лоренцем, составляют группу преобразований инвариантности четырехмерного пространства-времени, координатными осями которого являются являются пространственные оси x,y,z  и ось времени t. Он же назвал преобразования, найденные Лоренцем,”преобразованиями Лоренца”.

 В знаменитой работе 1905 г. Эйнштейн сформулировал независимо от Пуанкаре общефизический принцип относительности для инерциальных систем отсчёта и, как он сам утверждал и как это часто утверждают другие, дал физически единственно правильную интерпретацию формулам преобразования Лоренца.

 Эйнштейн заявил. что преставление о времени. которое существовало в физике со времён Галилея и Ньютона, ошибочно, что его надо исправить, т.е. строгим фомальным образом определить, что такое “время”. Это его утверждение основывалось на предложенном им в работе 1905 г. кинематическом, т.е. в отличие от работ Лоренца никак не связаны с электродинамикой, выводе формул преобразований Лоренца, выведенных, как Эйнштейн считал, только из правильного, предложенного им в этой работе понимания понятия времени.

 Родившаяся с появлением работы Эйнштейна 1905 г. так называемая специальная теория относительности оказалась исключительно полезной в физике микромира и стала широко использоваться в бурно развивавшихся в XX в. атомной физике, ядерной физике и физике элементарных частиц, т.е. в микрофизике.

 Вообще считается, что в физике XX в. имеется только два главных фундаментальных теоретических достижения: теория относительности и квантовая механика.

Третий закон Ньютона

 Третий закон Ньютона формулируется следующим образом:

 При взаимодействии физические тела действуют друг на друга с силами, одна из которых называется силой действия, а другая – противодействия, одной и то же природы, направленными вдоль прямой, соединяющей центры масс взаимодействующих тел, равными по модулю и противоположными по направлению.

1087.gif

(3.4)

 Силы 1088.gif и 1089.gif появляющиеся при взаимодействии тел, приложены к разным телам и поэтому по отношению к конкретному физическому телу силы действия и противодействия не могут уравновешивать друг друга.

 Для системы тел или материальных точек взаимодействие сводится к силам парного взаимодействия между ними, которое по третьему закону Ньютона всегда равны по модулю и противоположны по направлению, вследствие чего геометрическая сумма всех внутренних сил исходной системы будет равна нулю.

 В частности .

3.10. Преобразование координат Галилея и механический принцип относительности

288.gif
Рассмотрим две системы отсчета: неподвижную (К) и движущуюся относительно первой вдоль оси Х с постоянной Х с постоянной скоростью 004.gif(K’). Координаты тела М в системе К x:y:z , а в системе К’ - x’:y’:z’. Эти координаты связаны между собой соотношениями, которые называются преобразованием Галилея

002.gif

 Дифференцируя эти уравнения по времени и учитывая, что 1091.gif, найдем соотношения между скоростями и ускорениями:

1095.gif

1096.gif

1097.gif

1098.gif

1099.gif

1100.gif

 Таким образом, если в системе К тело имеет ускорение а, то такое же ускорение оно имеет и в системе К’.

  Согласно второму закону Ньютона:

1102.gif

т.е. второй закон Ньютона одинаков в обоих случаях.

  При 1103.gifдвижение по инерции, т.о., справедлив и первый закон Ньютона, т.е. рассматриваемая нами подвижная система является инерциальной.

 Следовательно, уравнения Ньютона для материальной точки, а также для произвольной системы материальных точек одинаковы во всех инерциальных системах отсчета - инвариантны по отношению к преобразованиям Галилея.

 Этот результат называется механическим принципом относительности (принцип относительности Галилея), и формулируется следующим образом:

  равномерное и прямолинейное движение (относительно какой-либо инерциальной системы отсчета) замкнутой системы не влияет на закономерности протекания в ней механических процессов.

 Следовательно, в механике все инерциальные системы отсчета совершенно равноправны. Поэтому никакими механическими опытами внутри системы нельзя обнаружить движется ли система равномерно и прямолинейно или покоится.

Предмет механики. Механикой называют раздел физики, посвященный изучению закономерностей простейшей формы движения материи - механического движения. Механика состоит из трех подразделов: кинематики, динамики и статики. Кинематика изучает движение тел без учета причин, его вызывающих. Она оперирует такими величинами как перемещение, пройденный путь, время, скорость движения и ускорение.