Вход

Основное положение и выводы теории относительности

Рекомендуемая категория для самостоятельной подготовки:
Курсовая работа*
Код 201844
Дата создания 22 мая 2017
Страниц 22
Мы сможем обработать ваш заказ (!) 29 марта в 18:00 [мск]
Файлы будут доступны для скачивания только после обработки заказа.
1 150руб.
КУПИТЬ

Описание

Содержание
Введение 4
1. Предпосылки создания теории относительности А.Эйнштейна 6
1.1. Относительность движения по Галилею 6
1.2. Принцип относительности и законы Ньютона 7
1.3. Преобразования Галилея 7
1.4. Принцип относительности в электродинамике 8
1.5. Преобразования Лоренца 8
1.6. Преобразование физических величин в релятивистской теории 9
2. Теория относительности А.Эйнштейна 10
2.1. Частная (специальная) теория относительности 10
2.2. Общая теория относительности 17
Заключение 20
Литература 22

...

Содержание

Содержание
Введение 4
1. Предпосылки создания теории относительности А.Эйнштейна 6
1.1. Относительность движения по Галилею 6
1.2. Принцип относительности и законы Ньютона 7
1.3. Преобразования Галилея 7
1.4. Принцип относительности в электродинамике 8
1.5. Преобразования Лоренца 8
1.6. Преобразование физических величин в релятивистской теории 9
2. Теория относительности А.Эйнштейна 10
2.1. Частная (специальная) теория относительности 10
2.2. Общая теория относительности 17
Заключение 20
Литература 22

Введение

Содержание
Введение 4
1. Предпосылки создания теории относительности А.Эйнштейна 6
1.1. Относительность движения по Галилею 6
1.2. Принцип относительности и законы Ньютона 7
1.3. Преобразования Галилея 7
1.4. Принцип относительности в электродинамике 8
1.5. Преобразования Лоренца 8
1.6. Преобразование физических величин в релятивистской теории 9
2. Теория относительности А.Эйнштейна 10
2.1. Частная (специальная) теория относительности 10
2.2. Общая теория относительности 17
Заключение 20
Литература 22

Фрагмент работы для ознакомления

Наибольшую известность Эйнштейну принесла теория относительности, изложенная им впервые в 1905 г. в статье «К электродинамике движущихся тел». Уже в юности Эйнштейн пытался понять, что увидел бы наблюдатель, если бы бросился со скоростью света вдогонку за световой волной. Будучи студентом, Эйнштейн изучал труды Максвелла, был убежден в существовании всепроникающего эфира и размышлял о том, как на него действуют различные поля (в частности, магнитное) и как можно экспериментально обнаружить движение относительно эфира. Теперь Эйнштейн решительно отверг концепцию эфира, что позволило рассматривать принцип равноправия всех инерциальных систем отсчета как универсальный, а не только ограниченный рамками механики. Исходя, из невозможности обнаружить абсолютное движение, Эйнштейн сделал вывод о равноправии всех инерциальных систем отсчета. Он сформулировал два важнейших постулата, делавших излишней гипотезу о существовании эфира, которые составили основу обобщенного принципа относительности.
ПОСТУЛАТЫ ТЕОРИИ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ.
В основе теории относительности лежат два постулата.
Для объяснения отрицательных результатов опыта Майкельсона и других оптов, которые должны были обнаружить движение Земли относительно эфира, вводились различные гипотезы. С помощью этих гипотез пытались объяснить, почему не удается обнаружить преимущественную систему отсчета (считали, что такая система в действительности якобы имеется).
Совсем по-иному подошел к проблеме Эйнштейн: не стоит изобретать различные гипотезы для объяснения отрицательных результатов всех попыток обнаружить различие между инерциальными системами. Законом природы является полное равноправие всех инерциальных систем отсчета в отношении не только механических, но и электромагнитных процессов. Нет никакого различия между состоянием покоя и равномерного прямолинейного движения.
Принцип относительности – главный постулат теории Эйнштейна. Его можно сформулировать так: все процессы природы протекают одинаково во всех инерциальных системах отсчета.
Это означает, что во всех инерциальных системах физические законы имеют одинаковую форму. Таким образом, принцип относительности классической механики обобщается на все процессы в природа, в том числе и на электромагнитные. Но теория относительности основывается не только на принципе относительности. Имеются еще второй постулат: скорость света в вакууме одинакова для всех инерциальных систем отсчета, она не зависит ни от скорости источника, ни от скорости приемника светового сигнала.
Скорость света занимает, таким образом, особое положение. Более того, как вытекает из постулатов теории относительности, скорость света в вакууме является максимально возможной скоростью передачи взаимодействия в природе.
Для того чтобы решиться сформулировать постулаты теории относительности, нужна была большая научная мысль, т.к. они противоречили классическим представлениям о пространстве и времени.
В самом деле, допустим, что в момент времени, когда начала координат инерциальных систем отсчета К и К1 , движущихся друг относительно друга со скоростью v, совпадают, в начале координат происходит кратковременная вспышка света. За время t системы сместятся друг относительно друга на расстояние vt, а сферическая волновая поверхность будет иметь радиус ct (рис.1):
Рис.1
Системы К и К1 равноправны, и скорость света одинакова в той и другой системе. Следовательно, с точки зрения наблюдателя, связанного с системой отсчета К, центр сферы будет находиться в точке О, а с точки зрения наблюдателя, связанного с системой отсчета К1, он будет находиться в точке О1. Но ведь не может одна и та же сферическая поверхность иметь центры О и О1. Это явное противоречие вытекает из рассуждений, основанных на постулатах теории относительности.
Противоречие здесь действительно есть. Но не внутри самой теории относительности. Имеется лишь противоречие с классическими представлениями о пространстве и времени, которые при больших скоростях уже несправедливы.
Эйнштейн выдвинул удивительный и на первый взгляд парадоксальный постулат, что скорость света для всех наблюдателей, как бы они ни двигались, одинакова. Этот постулат (при выполнении некоторых дополнительных условий) приводит к полученным ранее Х. Лоренцем формулам для преобразований координат и времени при переходе из одной инерциальной системы отсчета в другую, движущуюся относительно первой. Но Лоренц рассматривал эти преобразования как вспомогательные, или фиктивные, не имеющие непосредственного отношения к реальному пространству и времени. Эйнштейн понял реальность этих преобразований, в частности, реальность относительности одновременности.
Таким образом, принцип относительности, установленный для механики еще Галилеем, был распространен на электродинамику и другие области физики. Это привело, в частности, к установлению важного универсального соотношения между массой М, энергией Е и импульсом Р: E2 = М2c4 + P2с2 (где с – скорость света), которое можно назвать одной из теоретических предпосылок использования внутриядерной энергии.
ОТНОСИТЕЛЬНОСТЬ ОДНОВРЕМЕННОСТИ.
До начала XX века никто не сомневался, что время абсолютно. Два события, одновременные для жителей Земли, одновременны для жителей любой космической цивилизации. Создание теории относительности показало, что это не так.
Причиной несостоятельности классических представлений о пространстве и времени является неправильное предположение о возможности мгновенной передачи взаимодействий и сигналов из одной точки пространства в другую. Существование предельной конечной скорости передачи взаимодействий вызывает необходимость глубокого изменения обычных представлений о пространстве и времени, основанных на повседневном опыте. Представление об абсолютном времени, которое течет раз и навсегда заданным темпом, совершенно независимо от материи и её движения, оказывается неправильным.
Если допустить мгновенное распространение сигналов, то утверждение, что события в двух пространственно разделенных точках А и В произошли одновременно, будет иметь абсолютный смысл. Можно поместить в точки А и В часы и синхронизировать их с помощью мгновенных сигналов. Если такой сигнал отправлен из А, например, в 0 ч 45 мин и он в этот же момент времени по часам В пришел в точку В, то, значит, часы показывают одинаковое время, т.е. идут синхронно. Если же такого совпадения нет, то часы можно синхронизировать, подведя вперед те часы, которые показывают меньшее время в момент отправления сигнала.
Любые события, например, два удара молнии, одновременны, если они происходят при одинаковых показаниях синхронизированных часов.
Только располагая в точках А и В синхронизированными часами, можно судить о том, произошли ли два каких-либо события в этих точках одновременно или нет. Но как можно синхронизировать часы, находящиеся на некотором расстоянии друг от друга, если скорость распространения сигналов не бесконечно велика?
Для синхронизации часов естественно прибегнуть к световым или вообще электромагнитным сигналом, т.к. скорость электромагнитных волн в вакууме является строго определенной, постоянной величиной.
Рассмотрим подробнее простой метод синхронизации часов, не требующий никаких вычислений. Допустим, что космонавт хочет узнать, одинаково ли идут часы А и В, установленные на противоположных концах космического корабля (рис.2).
Рис.2
Для этого с помощью источника, неподвижного относительно корабля и расположенного в его середине, космонавт производит вспышку света. Свет одновременно достигает обоих часов. Если показания часов в этот момент одинаковы, то часы идут синхронно.
Но так будет лишь относительно системы отсчета К1, связанной с кораблем
В системе же отсчета К, относительно которой корабль движется, положение иное. Часы на носу корабля удаляются от того места, где произошла вспышка света источника (точка с координатой ОС), и, чтобы достигнуть часов А, свет должен преодолеть расстояние, большее половины длины корабля (рис.3).
Рис.3
Напротив, часы В на корме приближаются к месту вспышки, и путь светового сигнала меньше половины длины корабля (на рисунках слева показано, как, в первом случае, координаты х и х1 совпадают в момент вспышки, потом, как свет достигает часов В). Поэтому наблюдатель в системе К приходит к выводу, что сигналы достигают часов не одновременно.
Два любых события в точках А и В, одновременные в системе К1, не одновременны в системе К. Но в системе принципа относительности системы К1 и К совершенно равноправны. Ни одной из этих систем нельзя отдать предпочтение. Поэтому мы вынуждены прийти к заключению, что одновременность пространственно разделенных событий относительна. Причиной относительности одновременности является, как мы видим, конечность скорости распространения сигналов.
Одновременность событий относительна. Представить себе это наглядно, «почувствовать», мы не в состоянии из-за того, что скорость света много больше тех скоростей, с которыми движемся мы.
ОСНОВНЫЕ СЛЕДСТВИЯ, ВЫТЕКАЮЩИЕ ИЗ ПОСТУЛАТОВ ТЕОРИИ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ.
Из постулатов теории относительности вытекает ряд важнейших следствий, касающихся свойств пространства и времени.
Относительность расстояний. Расстояние не является абсолютной величиной, а зависит от скорости движения тела относительно данной системы отсчета.
Обозначим через lo длину стержня с системе отсчета К, относительно которой стержень покоится. Тогда длина l этого стержня в системе отсчета К1,
относительно которой стержень движется со скоростью, определяется формулой:
Как видно из этой формулы, l < l0. В этом состоит релятивистское сокращение размеров тела в движущихся системах отсчета (релятивистскими называются эффекты, наблюдаемые при скоростях движения, близких к скорости света).
Относительность промежутков времени. Пусть интервал времени между двумя событиями, происходящими в одной и той же точке инерциальной системы К, равен τ 0. Этими событиями, например, могут быть два удара метронома, отсчитывающего секунды.
Тогда интервал τ между этими же событиями в системе отсчета К1, движущейся относительно системы К выражается так:
Очевидно, что τ > τo. В этом состоит релятивистский эффект замедления времени в движущихся системах отсчета.
Если v < c, то в формулах можно пренебречь величиной v2/c2. Тогда l ≈ lo и τ ≈ τo, т.е. релятивистское сокращение размеров тел и замедление времени в движущейся системе отсчета можно не учитывать.
Релятивистский закон сложения скоростей. Новым релятивистским представлениям о пространстве и времени соответствует новый закон сложения скоростей. Очевидно, что классический закон сложения скоростей не может быть справедлив, так как он противоречит утверждению о постоянстве скорости света в вакууме.
Если поезд движется со скоростью v и в вагоне в направлении движения поезда распространяется световая волна, то ее скорость относительно Земли должна равняться опять-таки с, а не v + c. Новый закон сложения скоростей и должен приводить к требуемому результату (рис.4).
Рис.4
Запишем закон сложения скоростей для частного случая, когда тело движется вдоль оси Х1 системы отсчета К1, которая в свою очередь движется со скоростью v относительно системы отсчета К. Причем в процессе движения координатные оси Х и Х1все время совпадают, а координатные оси Y и Y1, Z и Z1 и и остаются параллельными.
Обозначим скорость тела относительно К1 через v1, а скорость этого же тела относительно К через v. Тогда релятивистский закон сложения скоростей будет иметь вид

Список литературы

Содержание
Введение 4
1. Предпосылки создания теории относительности А.Эйнштейна 6
1.1. Относительность движения по Галилею 6
1.2. Принцип относительности и законы Ньютона 7
1.3. Преобразования Галилея 7
1.4. Принцип относительности в электродинамике 8
1.5. Преобразования Лоренца 8
1.6. Преобразование физических величин в релятивистской теории 9
2. Теория относительности А.Эйнштейна 10
2.1. Частная (специальная) теория относительности 10
2.2. Общая теория относительности 17
Заключение 20
Литература 22

Очень похожие работы
Пожалуйста, внимательно изучайте содержание и фрагменты работы. Деньги за приобретённые готовые работы по причине несоответствия данной работы вашим требованиям или её уникальности не возвращаются.
* Категория работы носит оценочный характер в соответствии с качественными и количественными параметрами предоставляемого материала. Данный материал ни целиком, ни любая из его частей не является готовым научным трудом, выпускной квалификационной работой, научным докладом или иной работой, предусмотренной государственной системой научной аттестации или необходимой для прохождения промежуточной или итоговой аттестации. Данный материал представляет собой субъективный результат обработки, структурирования и форматирования собранной его автором информации и предназначен, прежде всего, для использования в качестве источника для самостоятельной подготовки работы указанной тематики.
bmt: 0.00497
© Рефератбанк, 2002 - 2024