Принцип относительности эйнштейна (уч.10кл.Стр.186-189)
Опыт Майкельсона-Морли и его расхождение с классической теорией.(см.выше уч.10кл.)
Независимость скорости света от скорости источника света
Теория относительности Эйнштейна.
Понятие о специальной теории относительности.
Понятие об общей теории относительности.
Первый постулат теории относительности
Второй постулат теории относительности
Специальная теория относительности – рассматривает взаимосвязь физических процессов, происходящих только в инерциальных системах отсчета, т.е. в системах отсчета, движущихся друг относительно друга равномерно и прямолинейно.
Общая теория относительности – описывает взаимосвязь физических процессов, происходящих в ускоренно движущихся друг относительно друга (неинерциальных) системах отсчета.
Эта теория является релятивистской (relative – отношение) теорией тяготения (гравитации). Согласно ей физическое пространство не является пустым вместилищем объектов. Гравитационное поле физических тел приводит в неевклидовости пространства – времени.
Специальная теория относительности базируется на двух постулатах.
Первый постулат теории относительности:
Все законы природы одинаковы в инерциальных системах отсчета
Все инерциальные системы отсчета физически равноправны – любые физические процессы протекают в них одинаково (при одних и тех же начальных условиях).
Любая система отсчета, которая движется относительно инерциальной системы отсчета равномерно и прямолинейно, так же является инерциальной.
Инерциальные системы отсчета ничем не отличаются друг от друга, они полностью физически тождественны, и какие бы физические опыты ни были поставлены в данной инерциальной системе отсчета, они дадут совершенно такие же результаты в любой другой инерциальной системе отсчета.
Не существует абсолютно покоящейся инерциальной системы отсчета или абсолютно равномерно движущейся, речь может идти только о движении и покое относительно другой инерциальной системы отсчета.
Это означает, что все инерциальные системы отсчета эквивалентны.
Невозможно выделить предпочтительную абсолютную инерциальную систему отсчета.
Второй постулат теории относительности:
Скорость света в вакууме одинакова во всех инерциальных системах отсчета.
(не зависит от скорости движение источника или приемника света)
Постоянство скорости света – фундаментальное свойство природы.
Скорость света – максимально возможная скорость распространения любого взаимодействия.
Пространство и время в специальной теории относительности (уч.10кл.Стр.186-205)
Опыт Майкельсона-Морли и его расхождение с классической теорией.(см.выше уч.10кл.)
Теория относительности Эйнштейна (см.выше уч.10кл.)
Понятие о специальной теории относительности. (см.выше уч.10кл.)
Понятие об общей теории относительности. (см.выше уч.10кл.)
Постулаты теории относительности(см.выше уч.10кл.)
Определение времени (ДОПОЛНИТЬ ИЗ ДРУГОГО ИСТОЧНИКА)
Время в разных системах отсчета.
Одновременность событий для наблюдателей в разных системах отсчета
Определение относительности одновременности событий (уч.10кл.стр.194)
Зависимость порядка следования событий от положения наблюдателя
Световые часы
Определение собственного времени
Формула связи времени подвижной и неподвижной систем отсчета (уч.10кл.стр.198) и ее физический смысл. Парадокс близнецов
Релятивистский закон сложения скоростей (уч.10кл.стр.203) и его справедливость для любой скорости тела.
Эффект Доплера
Согласно классической механике время едино во всех системах отсчета. Оно едино для всех наблюдателей во всех системах отсчета.
Событие – физическое явление, происходящее в пространственной точке в определенный момент времени (в избранной системе отсчета)
Событие характеризуется физическим содержанием, местом и временем.
Сосуществование событий в нашем чувственном восприятии не означает их одновременность.
В обычных масштабах времени и пространства можно пренебречь временем прохождения светового сигнала от одного места в другое.
Рассмотрим восприятие одного и того же события наблюдателями в разных инерциальных системах отсчета:
Пусть световой сигнал излучается из центра ракеты, движущейся со скоростью v.
Для наблюдателя внутри ракеты он достигнет ее краев одновременно. Для наблюдателя вне ракеты, левая стенка ракеты приближается с источнику сигнала, а правая – отдаляется со скоростью ракеты. Для него сигнал достигнет их не одновременно.
Два события, одновременные в одной инерциальной системе отсчета, не являются одновременными в другой инерциальной системе отсчета.
Одновременность – не абсолютная характеристика. Разные наблюдатели могут иметь разное представление об одновременности.
Следовательно порядок следования событий зависит от выбора системы отсчета.
Собственное время – время, измеренное наблюдателем, движущимся вместе с часами.
Время в неподвижной системе отсчета и движущейся относительно нее течет с разной скоростью.
(ct2) = (vt)2 + (ct’)2 (из треугольника расстояний) t2(c2-v2)=c2t’2 t =
Обозначим γ = ( γ > 1 при v < c )
t = γt’ > t’
Неподвижный наблюдатель обнаруживает замедление хода движущихся часов в γ раз по сравнению с находящимися в покое часами.
Время не является инвариантным для различных инерциальных систем отсчета.
Собственное время, т.е. то, которое действует в системе отсчета, связанной с частицей, инвариантно, т.е. не зависит от выбора инерциальной системы отсчета. Принцип относительности модифицирует это утверждение, говоря, что в каждой инерциальной системе отсчета время течет одинаково, но единого для всех, абсолютного, времени не существует.
Координатное время связано с собственным временем законом:
τ =
Возведя это выражение в квадрат, получим :
s2 = c2τ02 = c2τ2 – v2τ2 = inv
Величину s называют интервалом.
Замедление времени – свойство самого времени.
При движении замедляются все физические процессы, в том числе и химические реакции.
«Парадокс близнецов» - путешествующий (в ракете) близнец стареет медленнее, чем оставшийся на Земле.
Эффект замедления времени был обнаружен и при скорости много меньшей скорости света на искусственных спутниках земли.
Время – способ упорядочения реальных событий и измерения относительной длительности процессов.
Время можно рассматривать, как четвертое измерение физических процессов.
Преобразования Галилея и закон сложения скоростей неверны при скоростях близких к скорости света.
Релятивистский закон сложения скоростей справедлив для любой скорости движущихся тел:
vx = ДАТЬ ВЫВОД
При vx << c и v << c(vx’v/c2 <<1) релятивистский закон сложения скоростей переходит в классический : vx = vx’ + v
Сущность релятивистского закона сложения скоростей заключается в выражении идеи предельности постоянной «с»: при любых относительных скоростях инерциальной системы отсчета v < c. Нельзя путем перехода от одной из них к другой изменить скорость частицы так, чтобы изменилась ее принадлежность к соответствующему классу частиц.
Частицы, движущиеся с абсолютной скоростью, отличаются предельной инерционностью – они всегда движутся только по инерции и не могут быть ни замедлены, ни ускорены.
Эффект Доплера
Следствием релятивистского закона сложения скоростей является эффект Доплера –
Изменение частоты колебаний в зависимости от скоростей движения источника волн и наблюдателя.
При движении наблюдателя под углом Θ к источнику, частота изменяется по закону:
υ = υ0
При движении удаления от источника света спектр сдвигается к меньшим частотам, соответствующим большей длине волны, т.е. к красному цвету,
при приближении к источнику света – к фиолетовому.