Презентація "Принцип відносності"

Принцип відносності А. Ейнштейна. Розробив викладач фізики ДНЗ ДТр. ЕК Крісан Е. А.

Простір уявляли «вмістилищем» усього, що існує довкола нас; за своїми властивостями він однорідний (у будь-якій точці його властивості однакові) та ізотропний (однаковий в усіх напрямках). На підставі такого розуміння простору і часу Г. Галілей сформулював принцип відносності, згодом покладений І. Ньютоном в основу класичної механіки.

Принцип відносності Галілея: жодними дослідами в інерціальній системі відліку не можна встановити, в якому стані вона перебуває — рівномірного прямолінійного руху чи спокою. Перший закон Ньютона: будь-яке тіло зберігає стан спокою або рівномірного прямолінійного руху доти, доки його не змушують змінити цей стан прикладені до тіла сили

Однак, коли на початку XX ст. фізики поринули в пояснення природи електромагнітного випромінювання та закономірностей мікросвіту, де швидкість перебігу подій сумірна зі швидкістю світла, класична фізика виявилася безпорадною. Як з'ясувалося, перегляду потребували самі її основи — уявлення про простір і час.

У 1905 р. Альберт Ейнштейн поширив принцип відносності Галілея на всі фізичні явища і припустив, що швидкість поширення світла є однаковою в усіх системах відліку і не залежить від руху тіла, що його випромінює; вона є граничною у передачі будь-якої взаємодії чи поширенні імпульсу. Ці два постулати, названі Ейнштейном принципами спеціальної теорії відносності (СТВ), змусили переглянути спрощені уявлення про простір і час, якими керувалася класична фізика, і дати узагальнене їх тлумачення.

1) в усіх інерціальних системах відліку, незалежно від стану їхнього руху, фізичні явища відбуваються за однаковими законами;2) швидкість поширення світла є сталою для всіх інерціальних систем відліку і не залежить від їхнього руху. Принципи спеціальної теорії відносності

Теорія відносності спростувала твердження класичної фізики про одночасність подій для будь-якого спостерігача. Розглянемо поширення світлового променя одночасно в нерухомій і рухомій системах відліку. Нерухомий спостерігач фіксує надходження імпульсів від обох джерел світла одночасно Нехай у відносно нерухомій системі відліку перебуває спостерігач

Оскільки відстані від спостерігача до джерел світла однакові, то й час поширення світла також буде однаковим, адже c = const. Якщо спостерігач зафіксує надходження імпульсів від обох джерел світла одночасно, то за такої умови можна дійти висновку, що в точках А і В події відбулися одночасно. Спостерігач, що рухається в напрямі до одного із джерел світла і віддаляється від іншого, фіксуватиме надходження імпульсів не одночасно

Нехай тепер спостерігач наближається до одного із джерел світла, наприклад до правого. У цьому разі він спостерігатиме іншу картину. Імпульс від джерела світла В надійде до нього раніше, ніж від джерела А, оскільки за час поширення імпульсу спостерігач наблизиться до джерела світла В і віддалиться від джерела A: 𝒕𝑨=𝒍𝑨𝒄, 𝒕𝑩=𝒍𝑩𝒄 

ШВИДКІСТЬ СВІТЛАУперше швидкість світла виміряв у 1676 р. датський астроном О. К. Ремер, спостерігаючи різницю в часі між затемненнями супутників Юпітера. Пізніше її визначали багато інших учених — англійський астроном Дж. Брадлей (1728 р.), французькі фізики А. І. Л. Фізо (1849 р.) і Ж. Б. Л. Фуко (1862 p.)

Проте лише американський вчений А. Майкельсон наприкінці XIX ст. встановив незалежність швидкості світла від руху тіл, що його випромінюють. Отримане ним у 1926 році значення 2,99796 • 𝟏𝟎𝟖 мс тривалий час було найточнішим і входило до міжнародних таблиць фундаментальних констант (сучасні дані швидкості світла у вакуумі засвідчують, що с = 2,99792458 • 𝟏𝟎𝟖 мс).  

Перший свій дослід щодо вивчення впливу руху Землі на швидкість світла А. Майкельсон провів у 1881 р. Далі він увесь час удосконалював свою дослідну установку (інтерферометр) і продовжував уточнювати значення швидкості світла. У 1885—1887 pp. він разом із Е. У. Морлі підтвердив, що швидкість світла є сталою величиною в усіх інтерціальних системах відліку незалежно від стану їхнього руху

А. Ейнштейн встановив, що в разі переходу від однієї системи відліку до іншої перетворення координат збігаються з формулами перетворень Лоренца: 𝒙′=𝒙−𝒗𝒕𝟏−𝒗𝟐𝒄𝟐,𝒚′=𝒚, 𝒛′=𝒛,𝒕′=𝒕−𝒙𝒗𝒄𝟐𝟏−𝒗𝟐𝒄𝟐 Узявши до уваги, що довжина визначається різницею координат: l = х2 - x1 а l' = х'2-х1', одержимо:𝒍′=𝒍𝟏−𝒗𝟐𝒄𝟐𝝅𝒓𝟐 

Перетворення Лоренца задовольняють умови принципів СТВУ рухомій системі відліку довжина тіла завжди менша за довжину цього ж тіла в нерухомій системі відліку Нехай у нерухомій системі відліку певна подія триває протягом часу Δt = t2 -t1. Тоді в рухомій системі відліку її тривалість визначатиметься інтервалом часу Δt' = t'2 -t'1. З формули перетворень Лоренца після виконання певних математичних операцій одержимо: ∆𝒕′=∆𝒕𝟏−𝒗𝟐𝒄𝟐 

Отже, завдяки глибшому тлумаченню властивостей простору і часу, яке відповідає фундаментальним дослідним фактам, сучасна фізика отримала досконаліший інструмент пізнання природи, в якому класична теорія присутня як окрема система поглядів і теоретичних узагальнень за певних умов і обмежень.

Питання для самоконтролю1. Хто сформулював принцип відносності?2. Перший закон Ньютона3. Принципи спеціальної теорії відносності і хто їх сформулював?4. Хто уперше виміряв швидкість світла?5. Хто встановив незалежність швидкості світла від руху тіл, що його випромінюють?6. Що встановив А. Ейнштейн?