Загрузил reynoldsplatonov

Реферат физика гр9022

реклама
Министерство науки и высшего образования РФ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
«Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого»
Институт электронных и информационных систем
Кафедра общей и экспериментальной физики
Основные представления о специальной теории
относительности Эйнштейна
Реферат к экзамену по физике
Выполнил
Студент группы 9022 зу
___________ А.И. Непомнящая
«____»
января
2021 г.
Принял
Доцент КОЭФ
___________ Е.Н. Потапов
«____»
января
2021 г.
Оглавление
Введение ............................................................................................................... 3
Создание общей теории относительности ........................................................ 5
Постулаты Эйнштейна........................................................................................ 6
Сущность теории ................................................................................................. 7
Заключение .......................................................................................................... 8
Список литературы ............................................................................................. 9
2
Введение
Принцип относительности – фундаментальный физический закон,
согласно которому любой процесс протекает одинаково в изолированной
материальной системе, находящейся в состоянии покоя, и в такой же
системе в состоянии равномерного прямолинейного движения. Состояния
движения или покоя определяются по отношению к произвольно
выбранной инерциальной системе отсчета. Принцип относительности
лежит в основе специальной теории относительности Эйнштейна.
Инерциальная система – понятие классической механики, первой
фундаментальной физической теории, которая имеет высокий статус и в
современной физике. Основы этой теории заложил И.Ньютон. «Всякое
тело продолжает удерживаться в своем состоянии покоя или равномерного
и прямолинейного движения, пока и поскольку оно не понуждается
приложенными
силами
изменить
это
состояние»
–
так
Ньютон
сформулировал закон, который сейчас называется первым законом
механики Ньютона, или законом инерции.
Система отсчета, в которой справедлив закон инерции: материальная
точка, когда на нее не действуют никакие силы (или действуют силы
взаимно уравновешенные), находится в состоянии покоя или равномерного
прямолинейного движения, – называется инерциальной. Всякая система
отсчета, движущаяся по отношению к ней поступательно, равномерно и
прямолинейно, есть также инерциальная.
Теория относительности – физическая теория пространства и
времени.
В
рассматриваются
частной
только
(специальной)
инерциальные
теории
системы
относительности
отсчета.
Явления,
описываемые теорией относительности, называются релятивистскими (от
лат. «относительный») и проявляются при скоростях, близких к скорости
света в вакууме (эти скорости тоже принято называть релятивистскими).
3
Существует
фактически
две
различных
теории
относительности,
известных в физике, одна из них называется специальной (частной)
теорией относительности, другая – общей теорией относительности.
Альберт Эйнштейн предложил первую из них в 1905 г., вторую – в 1916 г.
Специальная теория относительности связана, в первую очередь, с
электрическими и магнитными явлениями и с их распространением в
пространстве и времени.
4
Создание общей теории относительности
Предпосылкой к созданию теории относительности явилось развитие
в XIX веке электродинамики. Результатом обобщения и теоретического
осмысления экспериментальных фактов и закономерностей в областях
электричества и магнетизма стали уравнения Максвелла, описывающие
эволюцию электромагнитного поля и его взаимодействие с зарядами и
токами.
Другим следствием развития электродинамики стал переход от
ньютоновской
концепции
дальнодействия,
согласно
которой
взаимодействующие на расстоянии тела воздействуют друг на друга через
пустоту,
скоростью,
причём
то
взаимодействие
есть
«мгновенно»,
осуществляется
к
концепции
с
бесконечной
близкодействия,
предложенной Майклом Фарадеем, в которой взаимодействие передаётся с
помощью промежуточных агентов — полей, заполняющих пространство
— и при этом встал вопрос о скоростях распространения как
взаимодействий, переносимых полями, так и самих полей. Скорость
распространения электромагнитного поля в пустоте вытекала из уравнений
Максвелла и оказалась постоянной и равной скорости света.
Однако в связи с этим встал вопрос — относительно чего постоянна
скорость
света?
В
Максвелловской
электродинамике
скорость
распространения электромагнитных волн оказалась не зависящей от
скоростей движения как источника этих волн, так и наблюдателя.
Аналогичной оказалась и ситуация с магнитостатическими решениями,
вытекающими из уравнений Максвелла: статические магнитные поля и
силы Лоренца, действующие на движущиеся в магнитных полях заряды,
зависят от скоростей зарядов по отношению к наблюдателю. То есть
уравнения Максвелла оказались неинвариантными относительно принципа
относительности и преобразований Галилея — что противоречило
5
Ньютоновской
концепции
абсолютного
пространства
классической
механики.
Специальная теория относительности была разработана в начале XX
века усилиями Г. А. Лоренца, А. Пуанкаре и А. Эйнштейна, см. ниже
исторический очерк. Экспериментальной основой для создания СТО
послужил
опыт
Майкельсона,
который
дал
результат
измерения,
неожиданный для классической физики своего времени: независимость
скорости света от системы отсчёта. Попытка проинтерпретировать этот
результат в начале XX века вылилась в пересмотр классических
представлений не только электромагнетизма, но и всей механики вообще,
и привела к созданию релятивистских физических теорий.
Постулаты Эйнштейна
В основу специальной теории относительности Эйнштейна легли два
постулата, т.е. утверждения, которые принимаются за истинные в рамках
данной
научной
теории
без
доказательств
(в
математике
такие
утверждения называются аксиомами).
Первый постулат Эйнштейна или принцип относительности: все
законы природы инвариантны по отношению ко всем инерциальным
системам отсчета. Все физические, химические, биологические явления
протекают во всех инерциальных системах отсчета одинаково.
Второй постулат или принцип постоянства скорости света: скорость
света в вакууме постоянна и одинакова по отношении» к любым
инерциальным системам отсчета. Она не зависит ни от скорости источника
света, ни от скорости его приемника. Ни один материальный объект не
может двигаться со скоростью, превышающей скорость света в вакууме.
Более того, пи одна частица вещества, т.е. частица с массой покоя,
отличной от нуля, не может достичь скорости света в вакууме, с такой
6
скоростью могут двигаться лишь полевые частицы, т.е. частицы с массой
покоя, равной нулю.
Анализируя первый постулат Эйнштейна, мы видим, что Эйнштейн
расширил рамки принципа относительности Галилея, распространив его на
любые физические явления, в том числе и на электромагнитные. Первый
постулат Эйнштейна непосредственно вытекает из опыта МайкельсонаМорли, доказавшего отсутствие в природе абсолютной системы отсчета.
Из результатов этого нее опыта следует и второй постулат Эйнштейна о
постоянстве скорости света в вакууме, который тем не менее вступает в
противоречие
с
первым
постулатом,
если
распространить
на
электромагнитные явления не только сам принцип относительности
Галилея, но и его правило сложения скоростей, вытекающее из правила
Галилея преобразования
координат.
Следовательно, преобразования
Галилея для координат и времени, а также его правило сложения
скоростей к электромагнитным явлениям неприменимы.
Сущность теории
Следствием постулатов СТО являются преобразования Лоренца,
заменяющие собой преобразования Галилея для нерелятивистского,
«классического» движения. Эти преобразования связывают между собой
координаты и времена одних и тех же событий, наблюдаемых из
различных инерциальных систем отсчёта.
При движении с околосветовыми скоростями видоизменяются также
и законы динамики. Так, можно вывести, что второй закон Ньютона,
связывающий силу и ускорение, должен быть модифицирован при
скоростях тел, близких к скорости света. Кроме того, можно показать, что
и выражение для импульса и кинетической энергии тела уже имеет более
сложную зависимость от скорости, чем в нерелятивистском случае.
7
Заключение
Значение теории относительности состоит в том, что она разрушала
учение классической физики об абсолютном характере пространства и
времени.
Она
установила
их
относительный
характер,
открыла
неразрывную связь между пространством и временем.
Пространство и время образуют
единую форму существования
материи. Оценивая значение теории относительности, не следует, однако,
впадать в философский релятивизм (всё в мире относительно). Теория
относительности не отрицает существование абсолютных величин и
понятий. Она устанавливает
лишь, что ряд понятий и величин
считавшихся в классической физике абсолютными, в действительности
являются относительными.
8
Список литературы
1. Зисман Г.А., Тодес О.М. «Курс общей физики».
2. Курганов В. «Введение в теорию относительности», 1964.
3. Дьюрелл К. «Азбука теории относительности», 1970.
4. Соколовский
Ю.И. «Теория относительности в элементарном
изложении», 1964.
5. Угаров В.А. «Специальная теория относительности». Уч. пособие. 2-
изд. доп. и перерб. , 1977.
9
Скачать