- •21. Дифракция света на одной щели.
- •22. Дифракционная решетка. Дифракционный спектр. Дисперсия и разрешающая сила дифракционной решетки.
- •23. Взаимодействие света с веществом. Дисперсия и поглощение света. Теория Лоренца. Нормальная и аномальная дисперсия. Закон Бугера-Ламберта.
- •24. Естественный и поляриз. Свет. Поляризаторы. Степень поляризации. Закон Малюса.
- •25. Поляризация света при отражении и преломлении. Закон Брюстера. Двойное лучепреломление. Анизотропия кристаллов.
- •26. Искусственное двойное лучепреломление. Вращение плоскости поляризации.
- •27. Эффект Доплера для световых волн. Поперечный эффект Доплера.
- •28. Тепловое излучение. Свойства равновесного теплового излучения. Абсолютно черное тело. Распределение энергии в спектре ачт.
- •29. Законы Кирхгофа, Стефана-Больцмана, закон смещения Вина. Формула Планка.
- •30. Оптическая пирометрия. Радиационная, цветовая и яркостная температуры.
- •31. Постулаты специальной теории относительности. Преобразования Лоренца.
- •32. Следствия из преобразований Лоренца: одновременность событий в разных системах отсчета; длительность событий в разных системах отсчета; длина тел в разных системах отсчета.
- •2. Длительность событий в разных системах отсчета.
- •33. Релятивистский закон сложения скоростей.
- •34. Основные законы релятивистской динамики. Закон взаимосвязи массы и энергии.
31. Постулаты специальной теории относительности. Преобразования Лоренца.
В основе специальной теории относительности лежат постулаты Эйнштейна, сформулированные им в 1905 году.
1. Принцип относительности: никакие опыты (механические, электрические, оптические и т.), проведенные внутри инерциальной системы отсчета, не дают возможности обнаружить, покоится ли эта система или движется равномерно и прямолинейно; все законы природы инвариантны по отношению к переходу от одной инерциальной системы отсчета к другой.
2. Принцип инвариантности скорости света: скорость света в вакууме не зависит от скорости движения источника света или наблюдателя и одинакова во всех инерциальных системах отсчета.
Первый принцип Эйнштейна является обобщением механического принципа на любые физические процессы, утверждает, что физические законы инвариантны по отношению к выбору инерциальной системы отсчета, т.е. протекают одинаково, а уравнения, описывающие эти законы, одинаковы по форме во всех инерциальных системах отсчета.Согласно второму постулату Эйнштейна, постоянство скорости света – фундаментальное свойство природы, которое констатируется как опытный факт.Специальная теория относительности потребовала отказа от привычных представлений о пространстве и времени, принятых в классической механике, поскольку они противоречили принципу постоянства скорости света. Потеряло смысл не только абсолютное пространство, но и абсолютное время.
Постулаты Эйнштейна и теория, построенная на их основе, установили новый взгляд на мир и новые пространственно- временные представления, такие, например, как относительность длин и промежутков времени, относительность одновременности событий. Эти и другие следствия из теории Эйнштейна находят надежное экспериментальное подтверждение.
Преобразования Лоренца. В классической механике используются преобразования Галилея, описывающие переход от одной инерциальной системы отсчета к другой (формулы записаны для случая, когда система К' движется относительно К со скоростью v вдоль оси ОХ):
К → К' К' → К
x' = x – vt x = x' + vt
y' = y y = y' (1) z' = z z = z'
t' = t t = t'.
В 1904 г., еще до появления теории относительности, Лоренцем были предложены преобразования, относительно которых уравнения Максвелла инвариантны. Преобразования Лоренца имеют вид
К → К' К' → К
x' = (x – vt)/√1 – β2 x = (x' + vt')/√ 1 – β2
y' = y y = y' (2)
z' = z z = z'
t' = (t – vx/C2 )/ √ 1 – β2 t = t' + vx' /C2 )/ √ 1 – β2 ,
где β = v/C.
Эйнштейн показал, что в теории относительности классические преобразования Галилея заменяются преобразованиями Лоренца, удовлетворяющими постулатам Эйнштейна.
Из сравнения приведенных уравнений вытекает, что они симметричны и отличаются лишь знаком при v, что очевидно. Из преобразований Лоренца вытекает также, что 1) при малых скоростях, т.е. при β<<1, они переходят в классические преобразования Галилея (в этом заключается суть принципа соответствия), которые являются, следовательно, предельным случаем преобразованийЛоренца. 2)При v>С выражения (2) для х, t, x', t' теряют физический смысл (становятся мнимыми). Это находится в соответствии с тем, что движение со скоростью, большей скорости распространения света в вакууме, невозможно.
Из преобразований Лоренца следует очень важный вывод о том, что 1)как расстояние, так и промежуток времени между двумя событиями меняются при переходе от одной инерциальной системы к другой, в то время как в рамках преобразований Галилея эти величины считаются абсолютными, не изменяющимися при переходе от системы к системе. Кроме того, 2) как пространственные, так и временные преобразования (2) не являются независимыми, поскольку в закон преобразования координат входит время, а в закон преобразования времени – пространственные координаты, т.е. устанавливается взаимосвязь пространства и времени. Таким образом, теория Эйнштейна оперирует не с трехмерным пространством, к которому присоединяется понятие времени, а рассматривает неразрывно связанные пространственные и временные координаты, образующие четырехмерное пространство-время.