Энергия в релятивистской 📙 механике - Физика
Всё сдал! - помощь студентам онлайн Всё сдал! - помощь студентам онлайн

Учебные материалы
для студентов и школьников

Энергия в релятивистской механике

  1. Релятивистский импульс
  2. Релятивистская энергия
  3. Масса и энергия как пропорциональные величины

Положения классической механики только частично способны удовлетворить математические вычисления физических процессов. Они действенны лишь в условиях теории относительности Галилея, но в случаях физических процессов, что происходят при сверхвысоких скоростях, приближенных к световой скорости, на помощь приходят преобразования Лоренца и специальная теория относительности, выдвинутая Эйнштейном.

Согласно первому постулату специальной теории относительности закон сохранения импульса и энергии в релятивистской механике инвариантен, при условии правильного определения импульса. Релятивистский импульс рассчитывается по следующей формуле:

\( p = {m_0 v \over \sqrt{1-{v^2 \over c^2} }}.\)

Теория относительности Эйнштейна при ее формировании потребовала пересмотра классически устоявшихся на то время законов классической механики. Сначала Лоренц вывел дополнительные уравнения преобразований, которые внесли изменения в классические представления о механике движения объектов. Далее стояла задача таких преобразований, которые позволяли бы переходить безболезненно от одной системы расчетов к другой.

banner

Сложно разобраться самому?

Попробуйте обратиться за помощью к преподавателям

это быстро и бесплатно

Релятивистский импульс

Масса объекта в механике Ньютона считается неизменной, а в релятивистской – выражается через скорость.

С учетом выражения для расчета массы \(m = {m_0 \over \sqrt{1-{v^2 \over c^2} }}.\)

импульс тела рассчитывается по такой формуле: \( \overrightarrow{p} = {m_0 \overrightarrow{v} \over \sqrt{1-{v^2 \over c^2} }},\)

Для определения энергии теля в релятивистской механике нужно рассмотреть понятия релятивистского импульса и принципа соответствия.

Для определения релятивистского импульса применяется принцип соответствия. Импульс частички в релятивистской механике определяется ее скоростью. Но в релятивистской механике выражение для расчета имеет более сложный вид, чем в классической. Импульс представлен в виде вектора, направленного в сторону направления вектора скорости исследуемой частички.

Замечание 1
Импульс свободной частички направлен по направлению ее скорости. При нулевой скорости, ее импульс также равняется нулю.

Величина скорости во всех системах отсчета является граничной величиной, и всегда меньше световой скорости в вакууме, а импульс не ограничен и может увеличиваться до бесконечности.

Релятивистская энергия

Энергия частички в релятивистской механике состоит из ее собственной энергии и релятивистской кинетической энергии. Рассчитывается по формуле:

\(E=mc^2+E_K;\)   \(E = {mc^2 \over \sqrt{1-{v^2 \over c^2} }}.\)

Сопоставляя разнообразные приемы и методы вычислений определяют релятивистскую энергию частичек. Известен факт о том, что любая энергия в конкретных условиях может превращаться в разные ее формы. При этом условия могут быть абсолютно разными, но баланс энергии остается всегда, энергия не может исчезнуть или появиться из ниоткуда. Это и есть закон сохранения энергии. Ученые также установили, что в процессе перехода от одной энергии в другую может изменяться релятивистская масса объекта. Рост релятивистской массы наблюдается с увеличением энергии тела, причем независимо от формы самой энергии, включая кинетическую. Суммарная энергия физического объекта пропорциональна его релятивистской массе, независимо от видов энергии, составляющих суммарную величину.

banner

Не нашли то, что искали?

Попробуйте обратиться за помощью к преподавателям

это быстро и бесплатно

На практике данное явление можно наблюдать в следующих случаях:

  • при нагревании масса объекта в состоянии покоя будет увеличиваться. То есть, релятивистская масса горячего объекта всегда выше, чем холодного;
  • деталь, которую подвергли деформации будет иметь массу выше, нежели необработанная деталь.

Эйнштейну удалось вывести эту взаимосвязь между массой и энергией объекта. Понятно, что в процессе неупругого взаимодействия частичек наблюдаются некоторые процессы обмена энергией, а именно переход кинетической энергии во внутреннюю. Также она имеет название тепловой энергии движения. При таком взаимодействии масса тела в состоянии покоя увеличится. Процесс увеличения внутренней энергии объекта может происходить с одновременным пропорциональным увеличением его массы. Точно то же можно наблюдать при возрастании кинетической энергии. В классической механике данные явления не рассматривались как такие, которые имеют место, поскольку не существовало понятия взаимного влияния массы и энергии.

Масса и энергия как пропорциональные величины

Для понимания релятивистского закона сохранения энергии стоит рассмотреть понятие импульса и его роли в теории относительности Эйнштейна. Это подразумевает действенность закона сохранения энергии во всех инерциальных системах отсчета.

Понятие сохранения импульса тесно связано с взаимным влиянием массы и энергии тела. В замкнутой системе в процессе преобразования энергии в разные формы сохранение импульса невозможно. В подобном процессе изменяется масса тела и закон сохранения импульса не соблюдается. Закон, показывающий пропорциональную зависимость массы и энергии, является наиболее наглядным примером теории относительности.

Механика массы объекта характеризуется его инертными параметрами. Инертная масса является мерой инертности объекта. Гравитационная масса является противоположной величиной инертной массе. Поскольку она показывает способность тела действовать на другие объекты с определенной силой.

На сегодняшний день различными опытами доказано равенство гравитационной и инертной масс. Теория относительности таким же образом рассматривает вопрос об энергии и массе тела. Это вызвано различными характеристиками материи. При подробном рассмотрении данных характеристик оказывается, что масса и энергия объекта существенно отличаются, но совершенно не вызывает сомнений утверждение, что они тесно связаны друг с другом. Таким образом, говорят об эквивалентности данных величин, поскольку между ними существует пропорциональная связь.

Не нашли нужную информацию?

Закажите подходящий материал на нашем сервисе. Разместите задание – система его автоматически разошлет в течение 59 секунд. Выберите подходящего эксперта, и он избавит вас от хлопот с учёбой.

Гарантия низких цен

Все работы выполняются без посредников, поэтому цены вас приятно удивят.

Доработки и консультации включены в стоимость

В рамках задания они бесплатны и выполняются в оговоренные сроки.

Вернем деньги за невыполненное задание

Если эксперт не справился – гарантируем 100% возврат средств.

Тех.поддержка 7 дней в неделю

Наши менеджеры работают в выходные и праздники, чтобы оперативно отвечать на ваши вопросы.

Тысячи проверенных экспертов

Мы отбираем только надёжных исполнителей – профессионалов в своей области. Все они имеют высшее образование с оценками в дипломе «хорошо» и «отлично».

1 000 +
Новых заказов каждый день
computer

Гарантия возврата денег

Эксперт получил деньги, а работу не выполнил?
Только не у нас!

guarantees

Безопасная сделка

Деньги хранятся на вашем балансе во время работы над заданием и гарантийного срока

guarantees_shield

Гарантия возврата денег

В случае, если что-то пойдет не так, мы гарантируем возврат полной уплаченой суммы

Отзывы студентов о нашей работе
728 171 оценка star star star star star
среднее 4.9 из 5
АНОВО «МОСКОВСКИЙ МЕЖДУНАРОДНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Спасибо за проделанную работу. Работы была выполнена раньше срока, качественно.
star star star star star
Мфюа
Обращаюсь к Евгении второй раз, всем доволен. Исполнитель грамотно подходит к делу и пишет...
star star star star star
Сургутский Государственный Педагогический Университет
Спасибо огромное исполнителю Анне, за день выполнила огромное количество заказов и все на ...
star star star star star
Вы студент и хотите заказать работу, прямо сейчас без наценки и посредников?
Закажи индивидуальную работу за 1 минуту!

«Всё сдал!» — безопасный онлайн-сервис с проверенными экспертами

Используя «Всё сдал!», вы принимаете пользовательское соглашение
и политику обработки персональных данных
Сайт работает по московскому времени:

Вход
Регистрация или
Не нашли, что искали?

Заполните форму и узнайте цену на индивидуальную работу!

Файлы (при наличии)

    это быстро и бесплатно