Презентация "Релятивистская динамика" по физике – проект, доклад

Релятивистская механика. Принцип относительности Эйнштейна

Презентация Печеркиной С.В.-учителя физики первой кв.категории г.Богдановича Свердловской области

Повторим…

Относительность механического движения состоит в … Материальная точка – это тело… В систему отсчета входят… Скорость – это векторная физическая величина, характеризующая… Ускорение - это векторная физическая величина, характеризующая… Первый закон Ньютона гласит… Второй закон Ньютона гласит…

Эйнштейн о СТО – специальной теории относительности

"С тех пор, как за теорию относительности принялись математики, я её уже сам больше не понимаю".

Альберт Эйнштейн (1879-1955)

Великий физик 20 века, который, в частности более 30 лет пытался создать общую теорию, которая описывала бы поведение тел, движущихся со скоростью, близкой к скорости света (теорию относительности или релятивистскую механику от англ. Relativiti – относительность).

Главный вклад Эйнштейна

Состоит в радикальном изменении основополагающих фундаментальных представлений о пространстве, времени, веществе и движении.

Исходные физические предпосылки СТО. Постоянство скорости света и её предельное значение.

Классическое представление о пространстве и времени

Наш генетический опыт утверждает, что реальный физический мир характеризуется трёхмерным единым пространством-временем. Это означает, что движение материального объекта в таком мире может быть описано в декартовой системе координат, каждая из трёх осей которой является пространственно-временной x, y, z ~ t = f (t). Последнее обусловлено тем, что движения в пространстве и вне времени, равно как и движения во времени и вне пространства не бывает.

Что мы понимаем под термином «пространство»?

Пространство однородно и изотропно; Под однородностью подразумевается, что ни одна точка пространства ничем не отличается от другой; Изотропность – это равноправие по всем геометрическим свойствам всех направлений из одной точки. Как и в механике Ньютона, так и в СТО пользуются данной идеализацией – пустым однородным и изотропным пространством.

Что мы понимаем под термином «время»?

Время – способ упорядочения реальных событий и измерения относительной длительности процессов. Все физические процессы протекают в четырехмерном пространстве. Роль четвертого измерения (в дополнение к трем пространственным координатам x,y,z ) играет время.

Что изучает СТО?

СТО – специальная теория относительности, которая рассматривает взаимосвязь физических процессов, происходящих только в инерциальных системах отсчета. СТО в математической обработке Минковского имеет дело с четырёхмерным миром, в котором в дополнение к трём координатам реального пространства-времени вводится четвёртая координата – cit, где с — скорость света, i — мнимая единица. Тем самым, реальный мир наделяется ещё одним — не реальным или мнимым временем it — и преобразуется в заведомо нереальный и потому парадоксальный.

Что изучает ОТО?

ОТО – общая теория относительности, описывающая взаимосвязь физических процессов, происходящих в ускоренно движущихся друг относительно друга (неинерциальных) системах отсчета. ОТО является релятивистской теорией тяготения (гравитации). Согласно этой теории физическое пространство не является пустым вместилищем объектов.

СТО базируется на двух постулатах

Постулат – это утверждение, лежащее в основе какой-либо теории.

Первый постулат теории относительности

Все законы природы одинаковы в инерциальных системах отсчета. Является обобщением классического принципа относительности Галилея на все законы природы, который означает, что закон сложения скоростей справедлив для описания распространения. Означает, что все инерциальные системы отсчета (ИСО) эквивалентны (равноправны)

Второй постулат теории относительности

Скорость света в вакууме одинакова во всех инерциальных системах отсчета. Это означает, что скорость света в вакууме не зависит от скорости движения источника или скорости приёмника света. Постоянство скорости света – фундаментальное свойство природы. Материальные тела не могут иметь скорость большую, чем скорость света. Данный постулат СТО согласуется с результатами опыта Майкельсона – Морли.

Опыт Майкельсона – Морли

Проведен в 1881 г. Альбертом Майкельсоном и Эдуардом Морли. В опыте оценивалось влияние скорости движения Земли вокруг Солнца на скорость распространения света от источника, находящегося на Земле. Оказалось, что движение Земли вокруг Солнца не влияет на скорость распространения света. Результаты эксперимента доказали существенное расхождение классической теории с корректно поставленным физическим опытом.

Радиус черной дыры

Что представляет собой черная дыра?

Самое необычное астрономическое явление; Образуется при гравитационном сжатии (коллапсе) массивной звезды; Интенсивное рентгеновское излучение звезды объясняется резким ускорением звездного вещества, втягивающегося в исключительно мощный гравитационный центр.

Как определить радиус черной дыры?

Согласно первому постулату СТО максимальное значение второй космической скорости v max = c; Критический радиус (радиус Шварцшильда) – критический радиус черной дыры, соответствующий скорости света R ш =2GM/c2 Радиус черной дыры массой, равной массе Солнца (2*1030кг) равен 3 км. Поверхность черной дыры радиусом R ш называется горизонтом событий.

Кинематическая часть СТО

Следствия теории относительности

Относительность времени (одновременность событий, порядок следования событий, замедление времени, «парадокс близнецов»); Относительность расстояний.

Динамическая часть СТО

Релятивистский закон сложения скоростей

Предпосылки создания закона: 1. Опыт Майкельсона – Морли показал, что скорость света в вакууме постоянна и не зависит от скорости движения источника или приёмника света; 2. Преобразования Галилея и закон сложения скоростей неверны при скорости движения, соизмеримой со скоростью света; 3. Классический закон сложения скоростей справедлив лишь в предельном случае: для скорости движения, малой по сравнению со скоростью света. Релятивистский закон сложения скоростей имеет вид: vx=(vx’+v)/(1+vx’*v/c2); Границы применимости закона: справедлив при любой скорости движущихся тел.

Закон взаимосвязи массы и энергии

Масса покоя – масса тела в системе отсчета, относительно которой тело покоится (чем больше масса тела, т.е. чем более оно инертно, тем сильнее тело сопротивляется изменению движения – m0. Согласно СТО, это сопротивление растет не только при росте массы покоя, но и при увеличении скорости тела: m = m0/(√1-v2/c2). Согласно СТО, энергия тела пропорциональна его массе: E=mc2.

Значение СТО

СТО составляет фундамент многих современных разделов физики, в которых описывается движения и состояния объектов в пространстве и времени (электродинамика, квантовая электродинамика, ядерная физика, физика элементарных частиц). Важным релятивистским объектом является электромагнитное поле; С большой точностью измерена скорость света (для красного лазерного света получено с=299 792 462 +- 18 м/с СТО определяется как физическая теория пространства и времени в частном случае инерциальных систем отсчета.

Вопросы для контроля

Что показал эксперимент Майкельсона –Морли? Сформулируйте первый и второй постулаты теории относительности. Что такое радиус Шварцшильда и горизонт событий? Почему, глядя на звездное небо, мы как бы зондируем прошлое? Почему при движении замедляется не только ход часов, но и протекание всех физических и химических процессов в человеческом организме? Почему нагревание образца приводит к увеличению его массы? Кратко сформулируйте основные результаты, полученные СТО.