Специальная теория относительности принципы формулы следствия


Принцип относительности Галилея

При́нцип относи́тельности — все физические процессы для законов классической механики, протекают одинаково, независимо от того, неподвижна ли система или она находится в состоянии равномерного и прямолинейного движения.

принцип относительности Эйнштейна

При́нцип относи́тельности —все физические процессы в инерциальных системах отсчёта протекают одинаково, независимо от того, неподвижна ли система или она находится в состоянии равномерного и прямолинейного движения.

Отсюда следует, что все законы природы одинаковы во всех инерциальных системах отсчёта.

Принцип относительности (первый постулат Эйнштейна): законы природы инвариантны относительно смены системы отсчёта

Инвариантность скорости света (второй постулат Эйнштейна)

Скорость света является постоянной во всех инерциальных системах отсчета, не зависит от движения источника света или наблюдателя и является предельной скоростью распространения какого-либо сигнала (300.000 км/с).


Основные релятивистские эффекты (следствия из постулатов Эйнштейна):

1. Сокращение длины (относительность расстояний (релятивистское сокращение длин))

В движущихся системах происходит изменение длины тела вдоль направления движения. Космический корабль проносится с большой скоростью мимо наблюдателя, и наблюдателю длина корабля покажется короче действительной величины. Если бы корабль мог двигаться со скоростью света, то его наблюдаемая длина была бы равна нулю.

Классические представления об абсолютном пространстве оказались несостоятельными: в зависимости от скорости меняется размер тела.

2. Замедление времени (относительность промежутков времени (релятивистское замедление времени))

В быстродвижущемся космическом корабле время течет медленнее, чем в лаборатории неподвижного наблюдателя в Специальная теория относительности принципы формулы следствия раз,

где n — скорость движения космического корабля; c — скорость света.

Эффект замедления времени на борту ракеты касается буквально всего, включая процессы и даже биологические ритмы экипажа (так называемый парадокс близнецов).

Эффект замедления времени подтвержден многими экспериментами с космическими лучами.

Таким образом, время потеряло свой абсолютный характер, не зависящий от системы отсчета.

3. Увеличение массы

Масса движущегося тела (m) оказывается больше массы покоя (m0) того же тела, относительно неподвижного наблюдения.

m =


Специальная теория относительности принципы формулы следствия .

Чем ближе скорость тела к скорости света, тем больше его масса. Если бы тело могло двигаться со скоростью, примерно равной скорости света, то его масса выросла бы до бесконечности. Из этого следует, что никакое тело с массой нельзя разогнать до скорости света, т.к. для этого потребовалась бы бесконечная энергия.

4. инвариантность пространственно-временного интервала между событиями

5. инвариантность причинно-следственных связей

6. единство пространства-времени. В 1908 г. немецкий физик и математик Герман Минковский углубил понимание неразрывности пространства и времени, показав, что в своем единстве они абсолютны, независимы от системы отсчета. Он ввел понятие четырехмерного мира, в котором три измерения пространственные, а четвертое измерение — время. Каждое мгновенное событие характеризуется четырьмя числами: x, y, z — где; и t — когда.

То есть наша Вселенная, по-видимому, четырехмерна. Пространство и время нельзя рассматривать как независимые физические сущности. Они образуют некий сплав — четырехмерное пространство-время,

7. эквивалентность массы и энергии

E = m.c2,


Соответствие СТО и классической механики: их предсказания совпадают при малых скоростях движения (гораздо меньше скорости света)

Абсолютный характер пространства и времени отвергается…

стилистической физикой

принципом относительности Галилея

*специальной теорией относительности

теорией электромагнитного поля

В специальной теории относительности установлено, что пространство и время…

представляют собой двухмерную систему

не зависят друг от друга, существуя каждое само по себе

абсолютны

*существуют как единая четырёхмерная структура

Специальной теорией относительности отвергается утверждение о том, что …

пространство и время имеют относительный характер

все законы природы одинаковы во всех инерциальных системах отсчета

*пространство и время имеют абсолютный характер во всех инерциальных системах отсчета

скорость света в вакууме одинакова во всех инерциальных системах отсчета

Второй постулат специальной теории относительности гласит, что

*скорость света одинакова во всех системах отсчета

скорость света зависит от скорости движения источника излучения света

скорость света зависит от скорости движения системы отсчета

скорость света не одинакова в разных системах отсчета

Длина движущегося предмета для неподвижного наблюдателя…


сокращается в направлении перпендикулярном движении

*сокращается в направлении движения

увеличивается в направлении движения

увеличивается в направлении перпендикулярном движению

К физическим истинам, возведенным А. Эйнштейном в ранг постулатов специальной теории относительности, относят следующие истины: (укажите все правильные ответы)

Параллельные прямые в пространстве и времени никогда не пересекаются

Корпускулярно-волновой дуализм является природным свойством материи

*Свет в пустоте всегда распространяется с определенной скоростью, не зависящей от состояния движения излучающего тела

*Законы, по которым изменяются состояния физических систем, не зависят от того, к какой из двух систем отсчета, движущихся равномерно и прямолинейно относительно друг друга, отнесены эти изменения состояния

Первый постулат специальной теории относительности гласит, что …

*Все законы природы инвариантны во всех инерциальных систем отчета

Все законы природы инвариантны в неинерциальных системах отсчета

Все законы природы не инвариантны в инерциальных системах отсчета

Только законы механики инвариантны в инерциальных системах отсчета

Понятие инвариантности скорости света означает: (укажите все правильные ответы)

*неизменность скорости света при переходе из одной среды в другую.

Равенство скоростей реальных и виртуальных фотонов.

Одинаковые значения скорости для красного и голубого цвета при прохождении света через стеклянную призму.


*Постоянство значения скорости и ее независимости от относительного движения источника и приемника света.

Скорость света в вакууме не зависит от скорости движения источников и приемников света. Это постулирует…

Принцип относительности

Принцип дополнительности

*Принцип инвариантности скорости света

Классическая механика

Скорость света в вакууме одинакова во всех инерциальных системах отсчёта и является мировой постоянной. Это постулирует…

Классическая механика

*Принцип инвариантности скорости света

Принцип относительности

Принцип дополнительности

Согласно представлениям специальной теории относительности, мы живем в…

Пространстве, которое имеет десять измерений

Трехмерном пространстве, к которому добавляется понятие времени

Пятимерном пространстве-времени

*Четырехмерном пространстве-времени, где координаты неразрывно связаны друг с другом

Специальный принцип относительности применим к…

системам отсчета, движущимся с ускорением

*механическому перемещению тел

*электрическим явлениям

телам, находящимся в поле гравитации

Согласно специальной теории относительности, эквивалентность массы и энергии означает, что…

*приобретая энергию, тело одновременно приобретает и массу

приобретая энергию, тело одновременно теряет и массу

*всякий процесс, идущий с выделением энергии, связан с потерей массы


всякий процесс, идущий с выделением энергии, связан с нарастанием массы

Согласно второму постулату специальной теории относительности…

скорость света во всех системах отсчета подчиняется классическому закону сложения скоростей

*каждый луч света движется с постоянной скоростью независимо от того, испускается этот луч покоящимся или движущимся телом

*движение света принципиально отличается от движения всех других тел: скорость света абсолютна, говоря о ней, не надо указывать систему отсчета

движение света не отличается от движения других тел: говоря о скорости света, всегда надо указывать систему отсчета

Принцип относительности А. Эйнштейна (первый постулат) гласит, что…

*в любой инерциальной системе отсчета все законы физики описываются одинаковым образом

во всех НЕинерциальных системах отсчета законы классической механики остаются неизменными

в любой НЕинерциальной системе отсчета все законы природы имеют одинаковую математическую форму

*законы природы инвариантны относительно смены инерциальных систем отсчета

Согласно принципу относительности Галилея, при переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой могут изменяться такие величины как…

*импульс

*координата

темп времени

длина объекта

При разработки специальной теории относительности Эйнштейн отказался от

*ньютоновских представлений об абсолютном пространстве и времени


понятие массы

понятия инерциальной системы отсчета

*определения движения тел относительно абсолютного пространства

Инерциальными называются системы отсчета, относительно которых материальная точка без внешних воздействий

движется с ускорением

*движется равномерно и прямолинейно

*покоится

движется по окружности

Согласно второму постулату специальной теории относительности Эйнштейна,…

*скорость света в вакууме одинакова по отношению к любой инерциальной системе отсчета

воспринимаемая скорость света связана с системой отсчета

*скорость света в вакууме не зависит от скорости движения источника и наблюдателя

свет – это корпускулы, распространяющиеся пространстве с огромной скоростью

Относительными величинами в специальной теории относительности являются…

*длина

пространственно-временной интервал между событиями

скорость света

*время

Принцип относительности А.Эйнштейна (первый постулат) гласит, что…

в любой инерциальной системе отсчета все законы физики описываются одинаковым образом

*законы природы инварианты относительно смены инерциальных систем отсчета

во всех инерциальных системах отсчета законы классической механики остаются неизменными

в любой инерциальной системе отсчета все законы природы имеют одинаковую математическую форму

Согласно специальной теории относительности, в системе координат, движущейся со скоростью близкой к скорости света, имеют место…


независимость массы и энергии друг от друга

*сокращение линейных размеров тел в направлении движения

*замедление времени

постоянство расстояний

Поезд движется мимо станции. В вагоне поезда находится человек, который включает фонарик. Согласно второму постулату специальной теории относительности, скорость луча света от фонаря будет равна…

*скорости света, если луч направлен в ту же сторону, в которую движется поезд

* скорости света, если луч направлен в противоположную движению поезда сторону

разности скоростей света и поезда, если луч направлен в противоположную движению поезда сторону

сумме скоростей света и поезда, если луч направлен в ту же сторону, в которую движется поезд

Согласно принципу относительности Галилея…

при помощи механических опытов внутри системы невозможно почувствовать, находимся ли мы в состоянии покоя или в состоянии движения

*путешественник в закрытой каюте спокойно плывущего корабля не замечает никаких признаков движения

все системы отсчета- инерциальные и неинерциальные- физически эквивалентны

*при помощи любых физических опытов невозможно почувствовать, находимся ли мы в состоянии покоя или в состоянии равномерного прямолинейного движения

Специальный принцип относительности применим к описанию…

*неинерциальных систем отсчёта

систем отсчёта, движущихся с ускорением


оптических явлений

тел, находящихся, в поле гравитации

Согласно первому постулату специальной теории относительности…

только механические опыты внутри закрытого купе не позволяют определить, движется поезд равномерно прямолинейно или покоится

физические процессы будут идти по-разному в купе поезда при его равномерном прямолинейном движении в зависимости от скорости

никакими физическими опытами внутри закрытого купе невозможно установить, движется поезд ускоренного по горизонтали или равномерно под уклон

*физические процессы будут идти одинаково в купе поезда при его равномерном прямолинейном движении с любой скоростью

Поезд движется мимо станции. В вагоне по направлению движения поезда идёт человек, который включает фонарик. Согласно второму постулату специальной теории относительности, скорость луча света от фонаря будет равна…

скорости света за вычетом скорости поезда, если луч направлен в противоположную движению поезда сторону

*скорости света при любом направлении луча и при любой скорости поезда

сумме скоростей света, поезда и человека, если луч направлен в ту же сторону, в которую движется поезд

сумме скоростей света, поезда и человека при любом направлении луча

1. Время в понимании теории относительности – это…

А) четвертая координата пространственно-временного континуума);

Б)

В)

Г)

2. Теория, которая установила органическую связь пространства и времени , связав их в единое целое – пространственно-временной континуум, — это…


А)

Б)

В) специальная теория относительности

Г)

3. В теории относительности Эйнштейна…

А)

Б)

В)

Г) время такая же полноправная координата, как и пространственные

4. В специальной теории относительности …

А)

Б) пространство и время образуют единый четырехмерный континуум

В)

Г)

5. Второй постулат специальной теории относительности утверждает, что …

А)

Б)

В) скорость света в вакууме одинакова во всех системах координат, движущихся прямолинейно и равномерно относительно друг друга

6. Скорость света в вакууме одинакова во всех инерциальных системах отсчёта и является мировой постоянной. Это постулирует…

Классическая механика

*Принцип инвариантности скорости света

Принцип относительности

Принцип дополнительности

7. Относительными величинами в специальной теории относительности являются…

*длина

пространственно-временной интервал между событиями

скорость света

*время

8. Согласно второму постулату специальной теории относительности Эйнштейна,…

*скорость света в вакууме одинакова по отношению к любой инерциальной системе отсчета

воспринимаемая скорость света связана с системой отсчета

*скорость света в вакууме не зависит от скорости движения источника и наблюдателя

свет – это корпускулы, распространяющиеся пространстве с огромной скоростью

Источник: studopedia.ru

Говорят, что прозрение пришло к Альберту Эйнштейну в одно мгновение. Ученый якобы ехал на трамвае по Берну (Швейцария), взглянул на уличные часы и внезапно осознал, что если бы трамвай сейчас разогнался до скорости света, то в его восприятии эти часы остановились бы — и времени бы вокруг не стало. Это и привело его к формулировке одного из центральных постулатов относительности — что различные наблюдатели по-разному воспринимают действительность, включая столь фундаментальные величины, как расстояние и время.

Говоря научным языком, в тот день Эйнштейн осознал, что описание любого физического события или явления зависит от системы отсчета, в которой находится наблюдатель (см. Эффект Кориолиса). Если пассажирка трамвая, например, уронит очки, то для нее они упадут вертикально вниз, а для пешехода, стоящего на улице, очки будут падать по параболе, поскольку трамвай движется, в то время как очки падают. У каждого своя система отсчета.

Но хотя описания событий при переходе из одной системы отсчета в другую меняются, есть и универсальные вещи, остающиеся неизменными. Если вместо описания падения очков задаться вопросом о законе природы, вызывающем их падение, то ответ на него будет один и тот же и для наблюдателя в неподвижной системе координат, и для наблюдателя в движущейся системе координат. Закон распределенного движения в равной мере действует и на улице, и в трамвае. Иными словами, в то время как описание событий зависит от наблюдателя, законы природы от него не зависят, то есть, как принято говорить на научном языке, являются инвариантными. В этом и заключается принцип относительности.

Как любую гипотезу, принцип относительности нужно было проверить путем соотнесения его с реальными природными явлениями. Из принципа относительности Эйнштейн вывел две отдельные (хотя и родственные) теории. Специальная, или частная, теория относительности исходит из положения, что законы природы одни и те же для всех систем отсчета, движущихся с постоянной скоростью. Общая теория относительности распространяет этот принцип на любые системы отсчета, включая те, что движутся с ускорением. Специальная теория относительности была опубликована в 1905 году, а более сложная с точки зрения математического аппарата общая теория относительности была завершена Эйнштейном к 1916 году.

Специальная теория относительности

Большинство парадоксальных и противоречащих интуитивным представлениям о мире эффектов, возникающих при движении со скоростью, близкой к скорости света, предсказывается именно специальной теорией относительности. Самый известный из них — эффект замедления хода часов, или эффект замедления времени. Часы, движущиеся относительно наблюдателя, идут для него медленнее, чем точно такие же часы у него в руках.

Время в системе координат, движущейся со скоростями, близкими к скорости света, относительно наблюдателя растягивается, а пространственная протяженность (длина) объектов вдоль оси направления движения — напротив, сжимается. Этот эффект, известный как сокращение Лоренца—Фицджеральда, был описан в 1889 году ирландским физиком Джорджем Фицджеральдом (George Fitzgerald, 1851–1901) и дополнен в 1892 году нидерландцем Хендриком Лоренцем (Hendrick Lorentz, 1853–1928). Сокращение Лоренца—Фицджеральда объясняет, почему опыт Майкельсона—Морли по определению скорости движения Земли в космическом пространстве посредством замеров «эфирного ветра» дал отрицательный результат. Позже Эйнштейн включил эти уравнения в специальную теорию относительности и дополнил их аналогичной формулой преобразования для массы, согласно которой масса тела также увеличивается по мере приближения скорости тела к скорости света. Так, при скорости 260 000 км/с (87% от скорости света) масса объекта с точки зрения наблюдателя, находящегося в покоящейся системе отсчета, удвоится.

Со времени Эйнштейна все эти предсказания, сколь бы противоречащими здравому смыслу они ни казались, находят полное и прямое экспериментальное подтверждение. В одном из самых показательных опытов ученые Мичиганского университета поместили сверхточные атомные часы на борт авиалайнера, совершавшего регулярные трансатлантические рейсы, и после каждого его возвращения в аэропорт приписки сверяли их показания с контрольными часами. Выяснилось, что часы на самолете постепенно отставали от контрольных все больше и больше (если так можно выразиться, когда речь идет о долях секунды). Последние полвека ученые исследуют элементарные частицы на огромных аппаратных комплексах, которые называются ускорителями. В них пучки заряженных субатомных частиц (таких как протоны и электроны) разгоняются до скоростей, близких к скорости света, затем ими обстреливаются различные ядерные мишени. В таких опытах на ускорителях приходится учитывать увеличение массы разгоняемых частиц — иначе результаты эксперимента попросту не будут поддаваться разумной интерпретации. И в этом смысле специальная теория относительности давно перешла из разряда гипотетических теорий в область инструментов прикладной инженерии, где используется наравне с законами механики Ньютона.

Возвращаясь к законам Ньютона, я хотел бы особо отметить, что специальная теория относительности, хотя она внешне и противоречит законам классической ньютоновской механики, на самом деле практически в точности воспроизводит все обычные уравнения законов Ньютона, если ее применить для описания тел, движущихся со скоростью значительно меньше, чем скорость света. То есть, специальная теория относительности не отменяет ньютоновской физики, а расширяет и дополняет ее (подробнее эта мысль рассматривается во Введении).

Принцип относительности помогает также понять, почему именно скорость света, а не какая-нибудь другая, играет столь важную роль в этой модели строения мира — этот вопрос задают многие из тех, кто впервые столкнулся с теорией относительности. Скорость света выделяется и играет особую роль универсальной константы, потому что она определена естественнонаучным законом (см. Уравнения Максвелла). В силу принципа относительности скорость света в вакууме c одинакова в любой системе отсчета. Это, казалось бы, противоречит здравому смыслу, поскольку получается, что свет от движущегося источника (с какой бы скоростью он ни двигался) и от неподвижного доходит до наблюдателя одновременно. Однако это так.

Благодаря своей особой роли в законах природы скорость света занимает центральное место и в общей теории относительности.

Общая теория относительности

Общая теория относительности применяется уже ко всем системам отсчета (а не только к движущимися с постоянной скоростью друг относительно друга) и выглядит математически гораздо сложнее, чем специальная (чем и объясняется разрыв в одиннадцать лет между их публикацией). Она включает в себя как частный случай специальную теорию относительности (и, следовательно, законы Ньютона). При этом общая теория относительности идёт значительно дальше всех своих предшественниц. В частности, она дает новую интерпретацию гравитации.

Общая теория относительности делает мир четырехмерным: к трем пространственным измерениям добавляется время. Все четыре измерения неразрывны, поэтому речь идет уже не о пространственном расстоянии между двумя объектами, как это имеет место в трехмерном мире, а о пространственно-временных интервалах между событиями, которые объединяют их удаленность друг от друга — как по времени, так и в пространстве. То есть пространство и время рассматриваются как четырехмерный пространственно-временной континуум или, попросту, пространство-время. В этом континууме наблюдатели, движущиеся друг относительно друга, могут расходиться даже во мнении о том, произошли ли два события одновременно — или одно предшествовало другому. К счастью для нашего бедного разума, до нарушения причинно-следственных связей дело не доходит — то есть существования систем координат, в которых два события происходят не одновременно и в разной последовательности, даже общая теория относительности не допускает.

Закон всемирного тяготения Ньютона говорит нам, что между любыми двумя телами во Вселенной существует сила взаимного притяжения. С этой точки зрения Земля вращается вокруг Солнца, поскольку между ними действуют силы взаимного притяжения. Общая теория относительности, однако, заставляет нас взглянуть на это явление иначе. Согласно этой теории, гравитация — это следствие деформации («искривления») упругой ткани пространства-времени под воздействием массы (при этом чем тяжелее тело, например Солнце, тем сильнее пространство-время «прогибается» под ним и тем, соответственно, сильнее его гравитационное поле). Представьте себе туго натянутое полотно (своего рода батут), на которое помещен массивный шар. Полотно деформируется под тяжестью шара, и вокруг него образуется впадина в форме воронки. Согласно общей теории относительности, Земля обращается вокруг Солнца подобно маленькому шарику, пущенному кататься вокруг конуса воронки, образованной в результате «продавливания» пространства-времени тяжелым шаром — Солнцем. А то, что нам кажется силой тяжести, на самом деле является, по сути чисто внешнем проявлением искривления пространства-времени, а вовсе не силой в ньютоновском понимании. На сегодняшний день лучшего объяснения природы гравитации, чем дает нам общая теория относительности, не найдено.

Проверить общую теорию относительности трудно, поскольку в обычных лабораторных условиях ее результаты практически полностью совпадают с тем, что предсказывает закон всемирного тяготения Ньютона. Тем не менее несколько важных экспериментов были произведены, и их результаты позволяют считать теорию подтвержденной. Кроме того, общая теория относительности помогает объяснить явления, которые мы наблюдаем в космосе, — например, незначительные отклонения Меркурия от стационарной орбиты, необъяснимые с точки зрения классической механики Ньютона, или искривление электромагнитного излучения далеких звезд при его прохождении в непосредственной близости от Солнца.

На самом деле результаты, которые предсказывает общая теория относительности, заметно отличаются от результатов, предсказанных законами Ньютона, только при наличии сверхсильных гравитационных полей. Это значит, что для полноценной проверки общей теории относительности нужны либо сверхточные измерения очень массивных объектов, либо черные дыры, к которым никакие наши привычные интуитивные представления неприменимы. Так что разработка новых экспериментальных методов проверки теории относительности остается одной из важнейших задач экспериментальной физики.

Источник: elementy.ru

Нужно обратить внимание, что искривляется 4 измерения, в том числе и время, поэтому к этой аналогии стоит относиться осторожно.
Таким образом, в общей теории относительности гравитация – это вообще не сила, а лишь следствие искривление пространства-времени. На данный момент эта теория является рабочей версией происхождения гравитации и прекрасно согласуется с экспериментами.

Удивительные следствия ОТО

Световые лучи могут искривляться, пролетая вблизи массивных тел. Действительно, в космосе найдены далёкие объекты, которые «прячутся» за другими, но световые лучи их огибают, благодаря чему свет доходит до нас.

Согласно ОТО чем сильнее гравитация, тем медленнее протекает время. Этот факт обязательно учитывается при работе GPS и ГЛОНАСС, ведь на их спутниках установлены точнейшие атомные часы, которые тикают чуть-чуть быстрее, чем на Земле. Если этот факт не учитывать, то уже через сутки погрешность координат составит 10 км.
Именно благодаря Альберту Эйнштейну вы можете понять, где по близости располагается библиотека или магазин.
И, наконец, ОТО предсказывает существование черных дыр, вокруг которых гравитация настолько сильна, что время вблизи просто напросто останавливается. Поэтому свет, угодивший в черную дыру, не может её покинуть (отразиться).
В центре черной дыры из-за колоссального гравитационного сжатия образуется объект с бесконечно большой плотностью, а такого, вроде как, быть не может.
Таким образом, ОТО может приводить к весьма противоречивым выводам в отличие от Специальной теории относительности, поэтому основная масса физиков не приняла её полностью и продолжила искать альтернативу.
Но многое ей и удаётся предсказывать удачно, примеру недавнее сенсационное открытие гравитационных волн подтвердило теорию относительности и заставило вновь вспомнить великого учёного с высунутым языком. Любите науку, читайте ВикиНауку.

Источник http://wikinauka.ru/fizika/%D1%81%D1%83%D1%82%D1%8C-%D1%82%D…

Источник: pikabu.ru


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.