Інструктивна картка 10 клас "Постулати теорії відносності"

Постулати теорії відносності. Релятивістський закон додавання швидкостей

IІІ. ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

1. Принцип відносності Ґалілея – Ньютона

Механічний принцип відносності (принцип відносності Ґалілея–Ньютона):

Будь-які механічні процеси в усіх інерціальних СВ відбуваються однаково, тобто жодними механічними дослідами всередині системи не можна встановити, рухається система рівномірно прямолінійно чи перебуває в стані спокою.

В інерціальних СВ виконується класичний закон додавання швидкостей:

Швидкість руху тіла відносно нерухомої СВ дорівнює сумі швидкості руху тіла відносно рухомої СВ і швидкості руху рухомої СВ відносно нерухомої:

3. Постулати спеціальної теорії відносності

Спеціальна теорія відносності (СТВ) розглядає взаємозв’язок фізичних процесів тільки в інерціальних СВ, тобто в СВ, які рухаються одна відносно одної рівномірно прямолінійно.

Перший постулат СТВ:

В інерціальних СВ всі закони природи однакові.

Це означає, що всі інерціальні СВ еквівалентні (рівноправні).

Другий постулат СТВ:

Швидкість поширення світла у вакуумі однакова в усіх інерціальних СВ.

Це означає, що швидкість поширення світла у вакуумі інваріантна – вона не залежить від швидкості руху джерела або приймача світла. Матеріальні об’єкти не можуть мати швидкість більшу, ніж швидкість світла.

4. Подія

Проблемне питання

• Чи є абсолютним час?

Подія – будь-яке явище, що відбувається в певній точці простору в певний момент часу.

Подія для матеріальної точки вважається заданою, якщо задано координати місця, де подія відбувається, і час , коли ця подія відбувається.

З геометричної точки зору, задати подію означає задати точку в чотиривимірному просторі «координати – час».

У класичній механіці І. Ньютона час однаковий у будь-якій інерціальній СВ.

У релятивістській механіці час залежить від вибору СВ.

Проведемо уявний експеримент

Нехай посередині космічного корабля, який рухається зі швидкістю відносно зовнішнього спостерігача, відбувся спалах світла.

Відносність одночасності подій:

Для спостерігача всередині корабля світло досягає носа і корми корабля одночасно.

Для спостерігача поза кораблем світло досягає носа корабля пізніше, ніж корми (тому що корма наближається до спостерігача, а ніс корабля віддаляється від нього)

5. Релятивістський закон додавання швидкостей

Релятивістський закон додавання швидкостей для випадку додавання швидкостей, напрямлених уздовж однієї прямої, наприклад осі :

– проекція швидкості руху тіла відносно нерухомої СВ

– проекція швидкості руху тіла відносно рухомої СВ

– проекція швидкості рухомої СВ відносно нерухомої СВ

Проблемне питання

• Для чого стільки часу було витрачати на вивчення класичної механіки, якщо ця теорія суперечить експериментам?

Зіставимо релятивістський і класичний закони додавання швидкостей.

Якщо швидкості набагато менші від швидкості світла , то        і релятивістський закон додавання швидкостей набуває вигляду класичного: .

ІV. ЗАКРІПЛЕННЯ НОВИХ ЗНАНЬ І ВМІНЬ

2. Автомобіль віддаляється від нерухомого спостерігача зі швидкістю 120 км/год. Спостерігач пускає світловий промінь у напрямку автомобіля. Яку швидкість має світловий промінь відносно автомобіля?

Відповідь. Швидкість світла

3. Протон і нейтрон рухаються назустріч один одному зі швидкостями 2,1ꞏ10⁵ км/с та 1,5ꞏ10⁵ км/с відповідно. Визначте швидкість руху протона відносно нейтрона за класичною та релятивістською формулами додавання швидкостей. Який висновок можна зробити?

4. Дві ракети віддаляються одна від одної зі швидкостями 0,7с відносно нерухомого спостерігача. Якою є відносна швидкість руху ракет?

VI. Домашнє завдання

Опрацювати § 24, Вправа № 24 (1, 2)