Специальная теория относительности

Содержание

Слайд 2

 

 

 

 

 

 

 

 

Все механические процессы и явления протекают одинаково в инерциальных системах отчета.

Экспериментальное подтверждение

Все механические процессы и явления протекают одинаково в инерциальных системах отчета. Экспериментальное подтверждение существования электромагнитных волн.
существования электромагнитных волн.

Слайд 3

КЛАССИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА

В классической механике перемещение и скорость относительны, а время абсолютно.

КЛАССИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА В классической механике перемещение и скорость относительны, а время абсолютно.
Эти факты связаны с принципом относительности Галилея, и открытиями Ньютона:
Принцип сложения скоростей:
«Скорость тела складывается из скорости системы отсчёта и скорости движения тела в ней»
Принцип относительности Галилея: «Все физические явления протекают одинаково
во всех инерциальных системах отсчёта»

Слайд 4

Галилео Галилей

Электромагнитные процессы должны протекать одинаково во всех инерциальных системах отсчета.

Принцип относительности

Галилео Галилей Электромагнитные процессы должны протекать одинаково во всех инерциальных системах отсчета. Принцип относительности Галилея:
Галилея:

Слайд 6

Звуковые волны могут распространяться только в какой-либо упругой среде.

Звуковые волны не могут

Звуковые волны могут распространяться только в какой-либо упругой среде. Звуковые волны не могут распространяться в вакууме.
распространяться в вакууме.

Слайд 7

Для распространения света необходима упругая среда - эфир.

Свойства эфира:

1. Невидимость и невесомость

2.

Для распространения света необходима упругая среда - эфир. Свойства эфира: 1. Невидимость
Огромная жесткость

Слайд 8

Скорость звука в воздухе

Скорость звука в воде

Скорость звука в стали

 

 

 

Скорость звука в воздухе Скорость звука в воде Скорость звука в стали

Слайд 9

Вопрос о влиянии эфира на движение света — основной вопрос электродинамики XIX

Вопрос о влиянии эфира на движение света — основной вопрос электродинамики XIX века.
века.

Слайд 10

ЗАКОНЫ ЭЛЕКТРОДИНАМИКИ И ПРИНЦИП ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ

В конце 19 века возник вопрос , распространяется

ЗАКОНЫ ЭЛЕКТРОДИНАМИКИ И ПРИНЦИП ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ В конце 19 века возник вопрос ,
ли принцип относительности, справедливый для механических явлений, и на электромагнитные?

Разрешая возникший вопрос А. Эйнштейн пришел к новым представлениям о пространстве и времени. Возникла специальная теория относительности.

Слайд 11

ТЕОРИЯ МАКСВЕЛА

Из открытий Максвелла следует : свет распространяется во всех направлениях с

ТЕОРИЯ МАКСВЕЛА Из открытий Максвелла следует : свет распространяется во всех направлениях
одной и той же скоростью 300 000 км/с, причем эта скорость не зависит от того, движется источник света или покоится.
Физиков того времени этот факт не удивлял, им казалось, что свет представляет собой колебания некой всепроникающей среды, которая находится во всех точках Вселенной и
называется эфиром. Это распространение света в эфире и
обуславливают его постоянство.
То есть в электродинамике существует некая абсолютная система отсчета, которую ученые связывали с так называемым эфиром.
Американские ученые Майкельсон и Морли опровергли теорию эфира.

Слайд 12

ПАРАДОКС!

СТО появилась в результате возникшего противоречия между электродинамикой Максвелла и механикой Ньютона.

ПАРАДОКС! СТО появилась в результате возникшего противоречия между электродинамикой Максвелла и механикой Ньютона.

Слайд 13

АЛЬБЕРТ ЭЙНШТЕЙН

Альбе́рт Эйнште́йн 14 марта 1879, Ульм, Вюртемберг, Германия - 18

АЛЬБЕРТ ЭЙНШТЕЙН Альбе́рт Эйнште́йн 14 марта 1879, Ульм, Вюртемберг, Германия - 18
апреля 1955, Принстон, Нью-Джерси, США) - физик-теоретик, один из основателей современной теоретической физики, лауреат Нобелевской премии по физике 1921 года, общественный деятель-гуманист. Жил в Германии (1879-1893, 1914-1933), Швейцарии (1893-1914) и США (1933-1955). Почётный доктор около 20 ведущих университетов мира, член многих Академий наук, в том числе иностранный почётный член АН СССР (1926).
Эйнштейн - автор более 300 научных работ по физике, а также около 150 книг и статей в области истории и философии науки, публицистики и др. Он разработал несколько значительных физических теорий.

Слайд 14

Специальная теория
относительности (СТО),
1905 год.

Специальная теория относительности (СТО), 1905 год.

Слайд 15

Все инерциальные системы отсчета равноправны по отношению к механическим явлениям.

Все инерциальные системы

Все инерциальные системы отсчета равноправны по отношению к механическим явлениям. Все инерциальные
отсчета равноправны и по отношению к электромагнитным явлениям.

Слайд 16

ТЕОРИЯ СТО

Специальная теория относительности (СТО) – раздел физики , в котором изучаются

ТЕОРИЯ СТО Специальная теория относительности (СТО) – раздел физики , в котором
свойства пространства и времени при движении со скоростями, близкими к скорости света в вакууме.

Скорость света
С=300 000 000 м/с

Слайд 17

Первый постулат
(постулат относительности):

в любых инерциальных системах отсчета все физические явления при одинаковых

Первый постулат (постулат относительности): в любых инерциальных системах отсчета все физические явления
начальных условиях протекают одинаково.

Слайд 19

Второй постулат
(постулат постоянства скорости света):

во всех инерциальных системах отсчета скорость света в

Второй постулат (постулат постоянства скорости света): во всех инерциальных системах отсчета скорость
вакууме одинакова и не зависит от скорости движения источника.

Скорость света является предельной скоростью всех процессов и движений, сопровождаемых переносом энергии.

Слайд 20

Герман Минковский

Герман Минковский

Слайд 21

Альберт Эйнштейн

Следствия из
теории относительности. Релятивистская динамика

Вы думаете, всё так просто? Да,

Альберт Эйнштейн Следствия из теории относительности. Релятивистская динамика Вы думаете, всё так
всё просто.
Но совсем не так.

Слайд 22

СЛЕДСТВИЯ СТО. ОТНОСИТЕЛЬНОСТЬ ОДНОВРЕМЕННОСТИ

Два пространственно разделенных события, одновременные в одной ИСО, могут не

СЛЕДСТВИЯ СТО. ОТНОСИТЕЛЬНОСТЬ ОДНОВРЕМЕННОСТИ Два пространственно разделенных события, одновременные в одной ИСО,
быть одновременными в другой ИСО.
При переходе из одной СО в другую может изменяться последовательность событий во времени, однако последовательность причинно-следственных событий остается неизменной во всех СО: следствие наступает после причины.
Причиной относительности одновременности является конечность скорости распространения сигналов.

Слайд 23

1. ОТНОСИТЕЛЬНОСТЬ ПРОМЕЖУТКОВ ВРЕМЕНИ: ХОД ДВИЖУЩИХСЯ ЧАСОВ ЗАМЕДЛЯЕТСЯ.


τ0 – интервал времени, измеренный

1. ОТНОСИТЕЛЬНОСТЬ ПРОМЕЖУТКОВ ВРЕМЕНИ: ХОД ДВИЖУЩИХСЯ ЧАСОВ ЗАМЕДЛЯЕТСЯ. τ0 – интервал времени,
часами, покоящимися в той СО, где оба события произошли в одной и той же точке пространства.
τ – интервал времени между двумя событиями, измеренный движущимися часами.

Следствия из постулатов СТО:

Слайд 24

Для покоящегося наблюдателя, промежуток времени между вспышками:

 

 

Из прямоугольного треугольника AB’A’:

 

l

 

 

 

Для покоящегося наблюдателя, промежуток времени между вспышками: Из прямоугольного треугольника AB’A’: l

Слайд 25

 

l

 

Релятивистский эффект замедления времени

 

Собственное время одинаково во всех инерциальных системах отсчета.

l Релятивистский эффект замедления времени Собственное время одинаково во всех инерциальных системах отсчета.

Слайд 26

2.РЕЛЯТИВИСТСКОЕ СОКРАЩЕНИЕ РАЗМЕРОВ ТЕЛА В ДВИЖУЩЕЙСЯ СО

Длина движущегося предмета сокращается в направлении

2.РЕЛЯТИВИСТСКОЕ СОКРАЩЕНИЕ РАЗМЕРОВ ТЕЛА В ДВИЖУЩЕЙСЯ СО Длина движущегося предмета сокращается в
движения.
l – длина движущегося тела; l0 – длина покоящегося тела; υ – скорость его движения в данной СО.
(релятивистскими называются эффекты, наблюдаемые при скоростях движения, близких к скорости света)
Размеры предметов в направлении, перпендикулярном направлению движения, не изменяются

Слайд 27

 

Длина стержня, относительно неподвижного наблюдателя:

 

В системе отсчета, в которой стержень покоится, его

Длина стержня, относительно неподвижного наблюдателя: В системе отсчета, в которой стержень покоится, его длина:
длина:

 

 

 

Слайд 28

 

 

Релятивистский эффект сокращения размеров (сокращение Лоренца)

 

Движущееся тело сокращается в направлении своего движения.

Поперечные

Релятивистский эффект сокращения размеров (сокращение Лоренца) Движущееся тело сокращается в направлении своего
размеры тела при таком движении не изменяются.

Слайд 30

Классический закон сложения скоростей

 

 

 

Классический закон сложения скоростей

Слайд 31

3.РЕЛЯТИВИСТСКИЙ ЗАКОН СЛОЖЕНИЯ СКОРОРОСТЕЙ (НАПРАВЛЕННЫХ ВДОЛЬ ОДНОЙ ПРЯМОЙ)

 

3.РЕЛЯТИВИСТСКИЙ ЗАКОН СЛОЖЕНИЯ СКОРОРОСТЕЙ (НАПРАВЛЕННЫХ ВДОЛЬ ОДНОЙ ПРЯМОЙ)

Слайд 32

 

M

 

 

 

 

 

Релятивистский закон сложения скоростей:

M Релятивистский закон сложения скоростей:

Слайд 33

1. Из постулатов теории относительности следует, что длина тела, промежуток времени между

1. Из постулатов теории относительности следует, что длина тела, промежуток времени между
двумя событиями зависят от выбранной системы отсчета, т. е. являются относительными.
2. Релятивистский закон сложения скоростей переходит в классический при υ << с

ВЫВОД

Слайд 34

ЭЛЕМЕНТЫ РЕЛЯТИВИСТСКОЙ ДИНАМИКИ

ЭЛЕМЕНТЫ РЕЛЯТИВИСТСКОЙ ДИНАМИКИ

Слайд 35

 

полная механическая энергия замкнутой системы тел, взаимодействующих силами тяготения, остается постоянной, при

полная механическая энергия замкнутой системы тел, взаимодействующих силами тяготения, остается постоянной, при
любых взаимодействиях в системе.

Закон сохранения энергии:

векторная сумма импульсов тел, составляющих замкнутую систему, не меняется с течением времени при любых движениях и взаимодействиях этих тел.

Закон сохранения импульса:

 

Слайд 37

Масса (лат. «глыба») количественная мера инертных и гравитационных свойств тела.

 

 

 

Масса тела является мерой

Масса (лат. «глыба») количественная мера инертных и гравитационных свойств тела. Масса тела
его инертных свойств.

Второй закон Ньютона:
ускорение, приобретаемое телом, прямо пропорционально равнодействующей всех сил, действующих на тело, и обратно пропорционально массе этого тела.

Закон всемирного тяготения:
два любых тела притягиваются друг к другу с силой, прямо пропорциональной массе каждого из них и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними.

 

Масса тела является мерой его гравитационных свойств.

 

Слайд 38

Классическая механика

Релятивистская механика

Масса рассматривается как мера количества вещества.

Масса тела является мерой его

Классическая механика Релятивистская механика Масса рассматривается как мера количества вещества. Масса тела
инертных свойств.

Масса тела является мерой его гравитационных свойств.

m = 1 кг

m = 2 кг

Материя

протон

нейтрон

электрон

фотон

Масса движущегося тела не является мерой его взаимодействия с гравитационным полем.

Масса тела, движущегося со скоростью, близкой к скорости света, не является мерой его инертности.

Слайд 39

Релятивистская механика

Материя

протон

нейтрон

электрон

фотон

Масса движущегося тела не является мерой его взаимодействия с гравитационным полем.

Масса

Релятивистская механика Материя протон нейтрон электрон фотон Масса движущегося тела не является
тела, движущегося со скоростью, близкой к скорости света, не является мерой его инертности.

 

Слайд 40

Релятивистская масса

 

 

Релятивистская масса

Слайд 41

ГРАФИК ЗАВИСИМОСТИ МАССЫ ТЕЛА ОТ ЕГО СКОРОСТИ

Возрастание массы тем больше, чем ближе

ГРАФИК ЗАВИСИМОСТИ МАССЫ ТЕЛА ОТ ЕГО СКОРОСТИ Возрастание массы тем больше, чем
скорость движения тела к скорости света с.

Слайд 43

Соотношение, связывающее полную энергию и импульс свободной частицы массой т, движущейся со

Соотношение, связывающее полную энергию и импульс свободной частицы массой т, движущейся со
скоростью υ:

 

Импульс тела в релятивистской динамике:

 

При движении со скоростью света:

 

 

 

Масса частицы, движущейся со скоростью света, равна нулю.

Безмассовые частицы

нейтрино

фотоны

Слайд 44

Для частиц с ненулевой массой:

Энергия

Импульс

 

 

 

 

Основное уравнение релятивистской динамики

 

Для частиц с ненулевой массой: Энергия Импульс Основное уравнение релятивистской динамики

Слайд 45

Важнейшим отличием теории относительности от классической механики является то, что энергия тела

Важнейшим отличием теории относительности от классической механики является то, что энергия тела
не обращается в ноль, даже когда оно покоится.

Энергия покоя тела пропорциональна его массе:

 

 

 

Энергия покоя тела массой 1 грамм:

Энергия, выделяемая при сгорании 2 тыс. тонн нефти:

 

Закон взаимосвязи массы и энергии покоя

Масса — мера энергии покоя!

Если изменяется энергия системы, то изменяется и ее масса:

Слайд 46

ЭНЕРГИЯ ПОКОЯ

 

Е0 = m0c2

1. Любое тело уже только благодаря факту своего существования обладает

ЭНЕРГИЯ ПОКОЯ Е0 = m0c2 1. Любое тело уже только благодаря факту
энергией, которая пропорциональна массе покоя m0.
 2. При превращениях элементарных частиц, обладающих массой покоя, в частицы, у которых m0=0, энергия покоя целиком превращается в кинетическую энергию вновь образовавшихся частиц.
3. Этот факт является наиболее очевидным экспериментальным доказательством существования энергии покоя.

Слайд 47

 

Кинетическая энергия — это энергия, которой обладает тело вследствие своего движения.

 

Классическая механика

Релятивистская

Кинетическая энергия — это энергия, которой обладает тело вследствие своего движения. Классическая
механика

 

 

Частицу, обладающей некоторой массой, невозможно разогнать до скорости света.

 

Слайд 48

любая новая теория, претендующая на более глубокое описание физических явлений и, соответственно,

любая новая теория, претендующая на более глубокое описание физических явлений и, соответственно,
на более широкую область применимости, должна включать в себя предшествующие теории как предельные случаи.

Принцип соответствия:

 

 

 

 

 

 

Слайд 49

УСКОРИТЕЛЬ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ

Мощные ускорители для электронов способны разгонять эти частицы до скоростей,

УСКОРИТЕЛЬ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ Мощные ускорители для электронов способны разгонять эти частицы до
которые немного меньше скорости света, при этом их масса возрастает примерно в 2000 раз.

Теория относительности в наше время стала инженерной наукой.
     Законы механики Ньютона можно рассматривать как частный случай релятивистской механики, справедливый при скоростях движения тел, много меньших скорости света.

Слайд 50

Понятие одновременности событий, расстояния и промежутка времени являются не абсолютными, а относительными

Понятие одновременности событий, расстояния и промежутка времени являются не абсолютными, а относительными
и зависят от выбора системы отсчета.

Главные выводы

 

 

Скорость света в вакууме является максимально возможной скоростью передачи взаимодействия в природе.

 

 

 

Основное уравнение релятивистской динамики

 

 

 

Слайд 51

ВЫВОД:

Импульс частицы и ее энергия зависят от выбора системы отсчета, масса же

ВЫВОД: Импульс частицы и ее энергия зависят от выбора системы отсчета, масса
всегда остается постоянной. При скоростях много меньших скорости света релятивистские выражения для импульса и энергии переходят в выражения классической механики (принцип соответствия).

Слайд 52

При решении задач на релятивистские эффекты принято скорости записывать не в км/с

При решении задач на релятивистские эффекты принято скорости записывать не в км/с
или км/ч, а в долях скорости света. Например: 0,8с – 0,8 от скорости света. (2,4*108 м/с)

1. Чему равна длина космического корабля, движущегося со скоростью 0,8 с. Длина покоящегося корабля 100 м.
2.С какой скоростью должна двигаться частица (тело), чтобы его масса увеличилась в 3 раза?

Задачи

Слайд 53

3.Чему равна будет масса космонавта, движущегося в космическом корабле со скоростью 0,8с?

3.Чему равна будет масса космонавта, движущегося в космическом корабле со скоростью 0,8с?
Масса покоящегося космонавта 90 кг.
4. С космического корабля, удаляющегося от Земли со скоростью 0,7с, стартует ракета в направлении движения корабля. Скорость ракеты относительно Земли 0,96с. Чему равна скорость ракеты относительно Земли?

Слайд 54

5. На сколько процентов полная энергия протона, вылетающего из ускорителя со скоростью,

5. На сколько процентов полная энергия протона, вылетающего из ускорителя со скоростью,
модуль которой v=0,8 c, больше его энергии покоя?

Слайд 55

6. Две частицы в вакууме летят навстречу друг другу со скоростями 0,7c.

6. Две частицы в вакууме летят навстречу друг другу со скоростями 0,7c.
Расстояние между частицами составляет l = 100 м.
Установите соответствие между физическими величинами иx значениями.

А) Время через которое произойдет соударение
Б) Относительная скорость частиц

1) 238 нс
2) 476 нс
3) 0,94с
4) 0,84с

Слайд 56

7. Время жизни некоторой частицы в системе отсчета, связанной с ней, равно

7. Время жизни некоторой частицы в системе отсчета, связанной с ней, равно
31 нс. Частица движется относительно неподвижного наблюдателя со скоростью 0,9с. Масса частицы равна 3·10-26 кг.

А) Полная энергия частицы
Б) Время жизни частицы в системе отсчета, связанной с наблюдателем

Слайд 57

8. Протон движется в вакууме со скоростью 0,8с.

А) Полная энергия протона
Б) Энергия

8. Протон движется в вакууме со скоростью 0,8с. А) Полная энергия протона Б) Энергия покоя протона
покоя протона

Слайд 58

9. Неизвестная частица движется в ускорителе со скоростью, близкой к скорости света.

9. Неизвестная частица движется в ускорителе со скоростью, близкой к скорости света.
Кинетическая энергия и энергия покоя этой частицы соответственно равны Eк = 6·10-12 Дж и E0 = 9·10-12 Дж.

А) Полная энергия частицы
Б) Скорость частицы

Слайд 59

10. Ракета длиной l летит относительно Земли со скоростью v, близкой к скорости света. Если

10. Ракета длиной l летит относительно Земли со скоростью v, близкой к
скорость ракеты увеличить, то как изменятся следующие три величины: длина ракеты в системе отсчета Земли, полная энергия ракеты, энергия покоя ракеты.
Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:
1) Увеличится 2) Уменьшится 3) Не изменится

1. Длина ракеты
2. Полная энергия ракеты
3. Энергия покоя ракеты

Слайд 60

11. Собственное время жизни частицы отличается в 2 раза по сравнению с

11. Собственное время жизни частицы отличается в 2 раза по сравнению с
временем жизни по неподвижным часам. Масса частицы равна 1·10-10 кг.

А) Скорость частицы
Б) Полная энергия частицы

Слайд 61

12. Покоившуюся элементарную частицу массой m разогнали до скорости V, близкой к скорости света. Установите

12. Покоившуюся элементарную частицу массой m разогнали до скорости V, близкой к
соответствие между физическими величинами и формулами, при помощи которых их можно вычислить.

Слайд 62

13. Протон массой m движется в ускорителе со скоростью, близкой к скорости света, имея

13. Протон массой m движется в ускорителе со скоростью, близкой к скорости
модуль импульса p.

Слайд 63

14. Неподвижный наблюдатель следит за стержнем, который движется со скоростью v, близкой к

14. Неподвижный наблюдатель следит за стержнем, который движется со скоростью v, близкой
скорости света. Длина стержня равна l. Если увеличить скорость v, то как изменятся следующие три величины: длина стержня в системе отсчета наблюдателя, кинетическая энергия стержня, скорость света в движущейся системе отсчета, связанной со стержнем.

1) увеличится
2) уменьшится
3) не изменится


Слайд 64

15. Ракета длиной l летит относительно Земли со скоростью v, близкой к скорости света. Если

15. Ракета длиной l летит относительно Земли со скоростью v, близкой к
скорость ракеты увеличить, то как изменятся следующие три величины: длина ракеты в системе отсчета Земли, полная энергия ракеты, энергия покоя ракеты.

1) увеличится
2) уменьшится
3) не изменится

Имя файла: Специальная-теория-относительности.pptx
Количество просмотров: 60
Количество скачиваний: 1