Теория относительности

1905 год.

Альберт Эйнштейн, отвергнув гипотезу эфира, предложил специальную (частную) теорию относительности.

Теория относительности разделяется на:

СТО – рассматривает взаимосвязь физических процессов, происходящих только в инерциальных системах отсчета.

ОТО – описывает взаимосвязь физических процессов, происходящих в ускоренно движущихся друг относительно друга (неинерциальных) системах отсчета.

Постулаты СТО

1. Все законы природы одинаковы во всех инерциальных системах отсчета.

2. Скорость света в вакууме одинакова во всех инерциальных системах отсчета и не зависит ни от скорости источника ни от скорости приемника света.

Скорость света – максимально возможная скорость распространения любого взаимодействия.   С ≈ 300 000 км/с.

«Теория относительности»

Материал к обобщающему занятию

Выполнил:

учитель физики МБОУ «Тальская СОШ» Юргинский район

Чученкин Алексей Леонидович

Расхождение классической теории с опытом

• 1881 год – опыт Майкельсона-Морли.

Движение Земли вокруг Солнца не влияет на скорость распространения света.

Теория относительности

• Альберт Эйнштейн у доски с формулами специальной теории относительности.

• 1905 год.

Альберт Эйнштейн, отвергнув гипотезу эфира, предложил специальную (частную) теорию относительности.

Теория относительности разделяется на:

• СТО – рассматривает взаимосвязь физических процессов, происходящих только в инерциальных системах отсчета.

• ОТО – описывает взаимосвязь физических процессов, происходящих в ускоренно движущихся друг относительно друга (неинерциальных) системах отсчета.

Постулаты СТО

• Все законы природы одинаковы во всех инерциальных системах отсчета.
• Скорость света в вакууме одинакова во всех инерциальных системах отсчета и не зависит ни от скорости источника ни от скорости приемника света.

Скорость света – максимально возможная скорость распространения любого взаимодействия. С ≈ 300 000 км/с.

Следствия СТО 1. Относительность одновременности

• События, одновременные в одной системе отсчета, не являются одновременными в другой системе отсчета, т.е. одновременность событий относительна.
• События одновременны, если синхронизованные часы показывают одинаковое время.

Синхронизация часов в СТО.

Относительность одновременности. Световой импульс достигает концов твердого стержня одновременно в системе отсчета K' (a) и не одновременно в системе отсчета K (b).

2. Относительность промежутков времени

• Темп времени в движущихся системах по сравнению с неподвижной системой замедляется.

Относительность промежутков времени.

3. Относительность расстояний

• Линейный размер движущегося тела уменьшается по сравнению с линейным размером тела, покоящегося в данной ИСО.

4. Сложение скоростей в СТО

5. Зависимость массы от скорости.

• Масса покоя – масса тела в системе отсчета, относительно которой тело покоится.
• Масса движущегося тела в релятивистской механики определяется по формуле:

6. Второй закон Ньютона в релятивистской форме

• В релятивистской форме второй закон Ньютона записывается в форме:

где - релятивистский импульс.

7. Связь между массой и энергией.

• Энергия тела пропорциональна массе:

- энергия покоя.

- дефект массы.

А. Эйнштейн установил основную формулу, связывающую энергию, импульс и массу движущегося тела:

Решите задачи

1. Неподвижный наблюдатель 1 увидел,

что одновременно зажглись фонари.

Были ли эти два события одновремен-

ными для наблюдателей 2 и 3 ?

2. Какое время пройдет на Земле, если в космическом корабле, движущемся со скоростью 0,8с относительно Земли, пройдет 21 год?

3. С какой скоростью будет двигаться космический корабль относительно Земли, принятой за неподвижную систему отсчета, если ход времени на корабле замедлится в 2 раза с точки зрения земного наблюдателя?

4. Длина линейки, неподвижной относительно земного наблюдателя, 1 м. какова ее длина для того же наблюдателя, если линейка движется относительно него со скоростью 0,6с, направленной вдоль линейки?

5. Какова энергия протона, если он движется со скоростью 0,8с?

6. До какой скорости надо разогнать электрон, чтобы его энергия была в 2 раза больше энергии покоя?

7. Два самолета летят навстречу друг другу и имеют относительно Земли скорости 100 м/с и 50 м/с. Чему равна скорость первого самолета измеренная с борта второго самолета? Расчет произвести по классической релятивистской формулам сложения скоростей. 8. Два космических корабля движутся относительно Земли со скоростью 0,75с в противоположных направлениях. Какова их относительная скорость с точки зрения каждого из космонавтов. 9. Электрон движется со скоростью 0,6с. Определите импульс электрона. 10. Вычислите энергию покоя электрона. 11. Общая мощность излучения Солнца составляет около Вт. На сколько уменьшается масса Солнца в 1 с? 12. На сколько граммов увеличится масса воды в озере объемом 1 000 000 метров кубических при ее нагревании на 22 К?

Очередной эксперимент подтверждает изотропию скорости света

Эксперимент с вращающимся резонатором, проведенный немецкими физиками, с точностью порядка одной десятиквадриллионной подтвердил независимость скорости света от направления.

В современной версии опыта Майкельсона-Морли используются вращающиеся резонаторы (изображение с сайта uni-duesseldorf.de)