Вход

Принцип эквивалентности

Реферат по физике
Дата добавления: 29 ноября 2010
Язык реферата: Русский
Word, rtf, 93 кб
Реферат можно скачать бесплатно
Скачать
Не подходит данная работа?
Вы можете заказать написание любой учебной работы на любую тему.
Заказать новую работу

План 1.Принцип эквива лентности 1.1 Инертная и гра витационные массы 1.2 Принцип эквивалентности 2. Теория относительности 3. Основная идея общей теории относительности: гравитация как проявление ме т рических свойств прост ранства – времени 3.1 Время в разных системах отсчета 3.2 Одновременность событий 3.3 Собственное время 4. Взаимосвязь м ассы и энергии 4.1 Масса покоя 4.2 Масса энергии Литература 1.Принцип эквивалентности 1.1 Инертн ая и гравитационная массы Массу тела можно определить путем измерения испыты ваемого телом ускорения под действием известной силы: М ин = F / a (1) Определяемая таким путем масса, обозначаемая М ин , известная под названием инертной массы. Массу можно также определить, измеряя силу ее тяготения к другому телу, н апример к Земле: GM гр М 3 = F , М гр = Fr І/ GM 3 (2) Определяемая подобным способом масса, обозначаема я М гр , носит название гравитаци онной массы. В формулах (2) М 3 – ма сса Земли. Замечательно , что инертные массы всех тел в предела х точности измерений пропорциональны их гравитационным массам. 1.2 Принцип эквивалентности Ни разу, ни при каких условиях не было обнаружено никакого различия межд у инертной и гравитационной массами тела, наводит на мысль, что тяготени е в и з вестном смысле может быть эквивалентным ускорению. Действия ускоренного движения и силы тяжести полностью взаимно уничт о жаются. Наблюдатель, сидящий в закрытом лифте и регистрирующий силы, пре дставляющие ему гравитационными, не может сказать, какая доля этих сил о б у словлена ускорением и ка кая – действительными гравитационными силами. Он вообще не обнаружил н икаких сил, если только на лифт не подействуют какие-либо другие (т.е. отли чные от гравитационных0 силы. Постулированный принцип эквивалентности требует, в частности, чтобы отношение инертных масс к грав и тационным удовлетворяло тождеству М ин /М гр = 1 « Невесомость » человека в спутнике на орбите является следствием принципа эквивалентности. Поиски математических следствий принципа эквивалентности приводят к общей теории относительности. 2. Теория относительности Альберт Эйнштейн создал новую теорию – теорию относительности, или рел ят и вистскую механику (от а нглийского – относительность). Главный вклад Эйнштейна в познание законов природы состоял даже не в отк рытии новых формул, а в радикальном изменении основополагающих фунд а ментальных представлений о п ространстве, времени, веществе и движении. Общая теория относительности описывает взаимосвязь физических процес сов, происходящих в ускоренно движущихся друг относительно друга (неинерциал ь ных) системах отсчета. Специальная теория относительности базируется на двух постулатах. Первый постулат теории относительности является обобщением классичес кого принципа относительности Галилея на любые законы природы, а не толь ко мех а ники. Первый постулат теории относительности: Все законы природы одинаковы в инерциальных системах отсчета. Это означает, что все инерциальные системы отсчета эквивалентны. При нал и чии двух инерциальных сис тем отсчета бессмысленно выяснять, какая из них дви жется, а какая покоится. Можно наблю дать только относительное прямол и нейное движение. Нельзя говорить об абсолютном прямолинейно м и равноме р ном движении, и наче существовала бы ИСО, в которой законы природы отлич а лись бы от законов в других системах . Сравнивая эти законы, наблюдатель мог бы установить, в покое или в движен ии находится эта система, что противоречит первому постулату. Никакие опыты в принципе не позволяют выделить пре дпочтительную абс о лютную инерциальною систему отсчета. Второй постулат теории относительности: Скорость света в вакууме одинакова во всех инерциальных системах отсче та. Это означает, что скорость сета в вакууме не зависит от скорости движения и с точ ника или приемник света. Постоянство скорости света – фундаментальное свойство природы. Согла сно постулатам СТО скорость света – максимально возможная скорость ра спростр а нения любого взаи модействия. Скорость света образует верхний предел скоростей для всех материальны х тел. Материальные тела не могут иметь скорость большую, чем скорость света. 3. Основная идея общей те ории относительности: гравитация как проявление метрических свойств п р о странства – времени 3.1 Время в разных системах отсч ета Последовательное рассмотрение следствий из постулатов СТО неизбежно п рив о дит к анализу наиболее фундаментальных понятий физики: пространства и вр е мени. Согласно классической механик е время, сопутствующие определенному событию (Собы тие – физическое явление, происходящие в некоторой пространс т венной точке в определенный моме нт времени.) , едино во всех системах отсчета (е с ли не учит ывать возможность изменять масшта б измерения времени или нуль его отсчета по своему в ыбору). Задав время, можно найти бесконечное множество одновременных соб ытий, которым можно приписать одну и ту же временную к о ординату. В классической механике д остаточно одних часов, так как течение вр е мени одинаково для всех наблюдателей во всех инерциаль ных системах отсчета. Такие понятия, как «теперь», «ранее», «позднее», «од новременно», имели абс о лют ное значение, независимое от выбора системы отсчета. Повседневный опыт дает основание для установления единого и абсолютно го хронологического порядка, одинакового для всего окружающего мира. Ед иное прошлое, настоящее и будущее существует, согласно классической мех анике, для всех возможных событий, где бы они ни происходили и каким бы обр азом ни н а блюдались . Сосуществование событий в нашем чувственном воспр иятии не означает одн о вре менности этих событий. Глядя в окно на , мы как бы зондируем прошлое разной давн о сти. Свет от Луны доходит до Зе мли за 1,3 с, от Марса – за 5 мин, от Солнца – за 8 мин. Поэтому такими, как мы их в идим «теперь», Луна, Марс и Солнце были с о ответственно 1,3 с, 5 мин и 8 мин тому назад. Одни звезды так, как « теперь», в ы глядели нескол ько лет назад, другие – миллионы лет назад, третьи – сейчас сущ е ствуют, но мы их не видим: свет от н их к нам еще не успел дойти. 3.2 Одновремен ность событий Рассмотрим восприятие одного и того же события наблюдателями, находящи мися в разных ИСО. Пусть световой сигнал излучается в центре ракеты, д вижущейся со скоростью v . Наблюдатель 1 внутри ракеты считает, что свет достигает противоположных стен одновременно, так как стены находятся на одинаковом расстоянии от и сточника, а скорость света одинакова во всех направлениях. Внешний наблю датель 2 знает, что скорость света постоянна и не зависит от направления д вижения. Левая стена приближается к источнику со скоростью v , а правая удаляется от него с так ой же скоростью. Поэтому световой сигнал достигает левой стены раньше, ч ем правой. Хотя разность времени прибытия световог о сигнала будет очень незначительной (если скорость ракеты мала по сравн ению со скоростью света), принципиально важно, что сигнал не достигает об еих стен одновременно. Два события, одновременные в одной инерциальной сис теме отсчета, не явл я ются од новременными в другой инерциальной системе отсчета. Одновременность – не абсолютная характеристика явлений. Разные наблю дат е ли могут иметь различн ые представления об одновременности событий. Если промежуток времени между событиями (вспышками звезд) меньше врем е ни, необ ходимого для распространения света между ними, то порядок следования со бытий остается неопределенным, зависящим от положения наблюдателя. 3.3 Собственное время Собственное время – время, измеренное наблюдателе м, движущимся вместе с ч а са ми. При этом в соответствии со вторым постулатом СТО дв ижение светового и м пульса должно происходить со скоростью света с, одинаковой во всех ИСО. 4. Взаимосвязь массы и энергии 4.1 Масса покоя Покоящееся тело имеет определенную массу m 0, называемой массой п о коя. Масса покоя – масса тела в системе отсчета, относительно которой тело п окои т ся. Чем больше масса т ела, т.е. чем более оно инертно, тем сильнее тело сопр о тивляется изменению движения. Солнце является как бы гигантской гравитационной линзой, изменяющей хо д светового луча. Гравитационная сила притяжения фотона к звезде пропор ци о нальна его массе, поэто му искривление траектории светового луча зависит от массы фотона. 4.2 Масса и энер гия Чем больше масса и энергия тела, тем труднее изменит ь хара к тер его движения. Дл я увеличения за определенное время скорости неподвижного сначала ящик а, наполненного покоящимися шарами, требуется определенная мощность. Ес ли шары в ящике будут двигаться во всех направлениях со скоростью , близкой к скорости света, то для аналогичного разгона ящик а потребуется большая мо щ н ость. Возросшая кинетическая энергия шаров усиливает сопротивление дв иж е нию ящика. Согласно теории относительности энергия тела проп орциональна его массе: Е = mc І Классическая механика разделяет и определяет два р азличных вида материи: вещество и поле. Необходимым атрибутом вещества я вляется масса, а поля - эне р г ия. Соответственно существуют два закона сохранения: закон сохранения м ассы и закон сохранения энергии. Согласно теории относительности нет су щественн о го различия межд у массой и энергией. Вещество имеет массу и обладает энергией; поле имеет энергию и обладает ма с сой. Вместо двух законов сохранения есть только один: закон сохранения массы- энергии. Трудность формулировки этого закона в классической физике свя зана с тем, что энергия, с которой мы имеем дело в реальной жизни, соответс твует очень малая масса. Согласно равенству: m = Е/с І. Литература 1) Ч. Китель, У. Найт, М. Рудер ман «Механика», Из-во «Наука», 1975 г. 2) Касьянов в.А. «Физика: учебное посо бие», Из-во «Дрофа», 2002 г.

© Рефератбанк, 2002 - 2017