- Специальная теория относительности
- Релятивистский импульс
- Закон сохранения импульса и энергии
Параметры четвертого измерения были описаны специальной теорией относительности Эйнштейна. Данное измерение назвали пространство-время. Тогда активно развивались положения релятивистской механики. Позднее они получили практическое обоснование и на сегодняшний день считаются базовыми принципами исследований взаимодействий материи в физическом мире.
Координаты времени и пространства исследуемого события в разных инерциальных системах отсчета рассчитываются с применением преобразований Лоренца, который первым засомневался в достоверности классических законов Ньютона. В 1905 году Альберт Эйнштейн представил миру свою теорию относительности, устанавливающую принципы относительности одновременных событий. Данная теория получила название специальной теории относительности.
Важнейшие принципы данной теории:
- уменьшение размеров объекта с увеличением его скорости;
- замедление времени с увеличением скорости перемещения объекта;
- относительность одновременности.
На сегодняшний день данные принципы неоднократно подтверждены на практике. Классическая теория Ньютона опиралась на теорию относительности Галилея, описывающую движущиеся объекты на небольших скоростях. Позднее, с развитием атомной физики, сформировались понятия квантовой механики, основным направлением которой стала релятивистская механика. Преобразования Лоренца применялись к частичкам, перемещающимся на сверхвысоких скоростях, приближающихся к световой скорости. Эффекты релятивистской механики несущественны при небольших скоростях, их присутствие практически не заметно.
![banner]()
Сложно разобраться самому?
Попробуйте обратиться за помощью к преподавателям
К основным постулатам специальной теории относительности относятся:
- специальный принцип относительности, который гласит, что в любых инерциальных системах все физические процессы происходят по одинаковым законам механики;
- принцип постоянства скорости света в вакууме, который гласит о том, что световая скорость в вакууме не зависит от перемещения источника света или наблюдателя, она остается постоянной во всех инерциальных системах, и является максимально возможной скоростью распространения для всех существующих объектов в нашем мире.
Начиная изучать релятивистскую механику, следует помнить, что достоверным является лишь первый закон Ньютона, все остальные требуют некоторых преобразований, чтобы стать справедливыми для квантовой механики. Третий закон Ньютона в релятивистской механике вообще не применим, и не принимается во внимание. То есть, изучая те или иные объекты, необходимо в обязательном порядке учитывать скорость их взаимодействий.
Замечание 1
Согласно третьему закону классической механики передача энергии происходит мгновенно. Однако это не совсем корректно, так как при любом взаимодействии справедлив принцип баланса сил действия и сил противодействия. На небольших расстояниях при непосредственном взаимодействии сохраняется релятивистский импульс.
Релятивистский импульс выражается через несколько производных, а именно через инвариантную массу объекта и преобразование Лоренца.
Масса объекта в механике Ньютона считается неизменной, а в релятивистской механике выражается через зависимость от скорости.
С учетом соотношения \( m = {m_0 \over \sqrt{1-{v^2 \over c^2} }}, \)
импульс тела рассчитывается таким образом: \( \overrightarrow{p} = {m_0 \overrightarrow{v} \over \sqrt{1-{v^2 \over c^2} }},\)
В классической механике Ньютона пространство и время не зависят от наблюдателя, они просто существуют, а световая скорость меняется в зависимости от системы отсчета. Согласно теории Эйнштейна световая скорость является величиной неизменной, при этом формула расчета движения объекта не учитывает характеристики системы отсчета.
Релятивистский и ньютоновский импульсы в механике Ньютона практически равны. Это сопоставимо с теорией относительности Галилея, который утверждал, что законы перемещения частиц справедливы для всех систем отсчета. Он же выдвигал понятие изменения скорости света в различных системах отсчета. Спустя время постулаты Галилея были подвергнуты сомнению, поскольку многочисленные исследования привели к иным результатам.
![banner]()
Не нашли то, что искали?
Попробуйте обратиться за помощью к преподавателям
Альберт Эйнштейн представил специальную теорию относительности на основании иных постулатов и закономерностей. Он предположил, что для всех законов физики приемлема инвариантность. То есть, свойства сохраняются, и нет причин для их изменения. Одновременно с этим второй закон Ньютона не является инвариантным с преобразованием Лоренца, но учитывая модифицированный импульс, данный закон подчиняется теории относительности Эйнштейна.
Когда скорость тела существенно меньше скорости света, релятивистский импульс приравнивается к классическому, если же скорость тела близка к скорости света, то эти две величины могут сильно отличаться. При этом релятивистский импульс стремится к бесконечности, а ньютоновский увеличивается с линейной скоростью.
Закон сохранения импульса и энергии справедлив для замкнутой системы тел. Замкнутой называется такая система, внутренние силы которой намного выше внешних воздействий, либо внешние воздействия вовсе отсутствуют.
\(\sum_{i=1}^{N} P_i=const;\) \(U+E_k=const.\)
Специальная теория относительности гласит, что закон сохранения импульса справедлив для любой инерциальной системе отсчета. В релятивистской механике закон сохранения импульса и закон сохранения энергии одновременно справедливы. Когда речь идет о сохранении векторных величин, то можно сказать о сохранении их проекций. Векторы в четырехмерном измерении выражают координаты пространства и времени. Они являются базовыми объектами релятивистской механики для математических вычислений.
Энергию любой частички можно определить, когда она пребывает в состоянии покоя, это справедливо для любой системы отсчета. Ее энергия зависима от массы. Данное понятие подтверждается теорией относительности, где каждая частица имеет определенную энергию. Данное понятие имеет название энергии покоя.
Мы ВКонтакте 
Трейлер о сайте 
