Специальная теория относительности
Постулаты общей теории относительности. (Часть 3)
Постулаты теории относительности
С данной темы переходим к изучению элементов теории относительности. В этой теме речь пойдет о постулатах теории относительности. Начнем с рассмотрения тех экспериментальных предпосылок, которые способствовали созданию специальной теории относительности. Вообще, создание специальной теории относительности исторически связано с развитием электродинамики. За два столетия, которые отделяли физику эпохи Галилея и Ньютона от физики эпохи Максвелла и Герца, в ней накопилось огромное количество новых научных фактов. Особенно бурно в это время развивались электромагнетизм и оптика. В тоже время представление о мироздании базировалось на механической картине мира, трактовавшей все явления с позиций классической механики 17 века, носившей универсальный характер. Соответственно, при построении электродинамики движущихся сред был использован принцип относительности Галилея , согласно которому электромагнитные процессы, такие как взаимодействие зарядов и токов, распространение света и т. Однако электромагнитные процессы происходят со скоростями, близкими к скорости света в вакууме, которые значительно больше скоростей различных механических тел. В связи с этим возникает вопрос: Теперь, давайте вспомним, что, например, звуковые волны могут распространяться только в какой-либо упругой среде — газообразной, жидкой или твердой. Именно упругие свойства среды делают возможной передачу колебаний от одной точки среды к другой. Так, в вакууме звуковые волны распространяться не могут. Проводя аналогию между звуковыми и электромагнитными волнами, ученые пришли к выводу, что для распространения света также необходима некоторая упругая среда, которую назвали эфиром. При этом эфир должен обладать следующими уникальными свойствами:. Хотя второе свойство эфира очень сомнительное. Но достаточно сложно себе представить среду, упругость которой обеспечивала бы распространение света со скоростью порядка одного миллиарда километров в час. Таким образом, по мере развития электродинамики во второй половине 19 века основным стал вопрос о влиянии эфира на движение света. Ответы на возникшие вопросы мог дать только эксперимент. Для разрешения проблемы эфира американский физик Альберт Майкельсон предложил схему эксперимента, позволяющего с помощью интерференции обнаружить движение Земли относительно эфира. Разберем принципиальную схему их экспериментальной установки. На массивной каменной платформе площадью полтора на полтора квадратных метра и толщиной более 30 сантиметров, плававшей в бассейне со ртутью, была собрана оптическая схема, получившая в последствии название интерферометра Майкельсона. Такая конструкция обеспечивала независимость наблюдаемой интерференционной картины от механических колебаний платформы. И так, свет от источника делился на два пучка, распространявшихся в дальнейшем во взаимно перпендикулярных направлениях. Пучки отражались от зеркал, а затем сводились вместе. На детекторе при сложении этих пучков наблюдалась интерференционная картина, определяемая разностью хода взаимодействующих волн. Согласно расчетам, при развороте платформы на 90 градусов относительно направления движения Земли интерференционная картина должна была сдвинуться на расстояние, приблизительно равное 0,4 интерференционной полосы. Однако ожидаемое смещение не было обнаружено, хотя интерферометр позволял наблюдать сдвиг интерференционной картины даже на одну сотую полосы. Эти эксперименты повторялись в разное время суток и в различные времена года, но движение Земли относительно эфира не было обнаружено. Отрицательный результат опыта Майкельсона-Морли был одной из величайших загадок физики конца 19 начала 20 веков. Хотя некоторые ученые все равно считали, что эфир существует. Например, нидерландский физик и лауреат Нобелевской премии Хендрик Лоренц заявлял, что мировой эфир существует. А отрицательные результаты опыта Майкельсона-Морли он объяснял тем, что при движении со скоростями, близкими к скорости света, происходит сокращение продольных размеров тела и замедление времени. Однако уже в году для объяснения отрицательного результата опыта Майкельсона-Морли немецкий физик Альберт Эйнштейн предложил новую теорию, получившую название специальная теория относительности сокращенно — СТО. Согласно принципу относительности Галилея все инерциальные системы отсчета равноправны по отношению к механическим явлениям. Отрицательный результат опыта Майкельсона-Морли показал, что все инерциальные системы отсчета равноправны и по отношению к электромагнитным явлениям. Кроме того, посредством многочисленных экспериментов был установлен факт постоянства скорости света в вакууме в любых инерциальных системах отсчета, который не согласуется с классическим законом сложения скоростей. Для преодоления противоречий между механическими и электромагнитными явлениями Эйнштейну пришлось изменить классические представления о пространстве и времени. В основе специальной теории относительности, или в дальнейшем просто теории относительности, лежат два постулата. В первом постулате Альберт Эйнштейн зафиксировал важнейший факт равноправия всех инерциальных систем отсчета. Этот постулат представляет собой обобщение принципа относительности Галилея на все физические явления. Другими словами, в любых ИСО все одинаковые эксперименты дают одинаковые результаты. Это означает, что никакими экспериментами невозможно установить, например, движемся равномерно и прямолинейно или покоимся относительно некоторой системы отсчета. Для примера представим, что находимся в полностью закрытой каюте корабля без окон , движущегося в полный штиль равномерно и прямолинейно. Понятно, что в этом случае будут отсутствовать толчки, покачивания и другие свидетельства движения. Сможем ли мы установить факт движения корабля? Согласно постулату относительности никакими физическими экспериментами, проводимыми в каюте данного корабля, невозможно установить факт движения относительно Земли. Иными словами, любые эксперименты, даже с использованием самой современной аппаратуры, приведут к тем же результатам, что и в неподвижном относительно Земли корабле. Первый постулат стимулировал появление второго постулата. Как известно , самая большая скорость, измеренная физиками, — это скорость света в вакууме. Для равноправия всех инерциальных систем отсчета необходимо потребовать, чтобы эта предельная скорость была в них одинаковой. В противном случае, измеряя эту скорость, можно установить факт движения или, по крайней мере, факт отличия данной системы отсчета от других, что запрещено первым постулатом. Таким образом, второй постулат или постулат постоянства скорости света звучит следующим образом:. Таким образом, скорость света в вакууме в теории Альберта Эйнштейна занимает особое положение. Кроме того, эта скорость является предельной скоростью всех процессов и движений, сопровождаемых переносом энергии. Этим механика теории относительности принципиально отличается от классической механики Ньютона. Для того чтобы сформулировать постулаты теории относительности, Эйнштейну нужна была большая научная смелость, так как они противоречили классическим представлениям о пространстве и времени. Так, к примеру, один известный немецкий физик Герман Минковский считал, что время следует рассматривать как четвертое измерение. В году он начал свою лекцию на м съезде немецкого общества естествоиспытателей и врачей следующими словами: Как видно, имеются существенные противоречия с классическими представлениями о пространстве и времени, которые при больших скоростях движения не справедливы. Однако сама теория относительности не содержит никаких противоречий и является абсолютно логичной. Чтобы добавить комментарий зарегистрируйтесь или войдите на сайт. Бесплатно Комплекты Олимпиады Вебинары Тесты Блиц Разработки Премиум—доступ. Постулаты теории относительности Урок Какие экспериментальные предпосылки способствовали ее созданию, и какие 2 постулата лежат в ее основе? Об этом и не только можно будет узнать из данного видеофрагмента. Конспект урока "Постулаты теории относительности". Чтоб этот довод рухнул также вдруг, Тебе бы опыт сделать не мешало; Ведь он для вас — источник всех наук. Данте Алигьери С данной темы переходим к изучению элементов теории относительности. При этом эфир должен обладать следующими уникальными свойствами: Первый постулат его еще называют постулатом относительности звучит так: Этот же постулат может быть переформулирован и таким образом: Таким образом, второй постулат или постулат постоянства скорости света звучит следующим образом: Подобную сложившуюся ситуацию в году в стихах описывал и русский поэт Федор Сологуб: Мы туда путей не знаем, Не умеем их найти, Мы в пространстве различаем Только три всего пути. Предыдущий урок 30 Решение задач по теме: Следующий урок 32 Следствия из СТО. Комментарии 0 Чтобы добавить комментарий зарегистрируйтесь или войдите на сайт. Печатные наградные от уч. Олимпиада для учителей беспл. Подарки учителям и ученикам Интересные задания Удобное участие Подробнее. Свидетельство сразу Получите бесплатно свидетельство о публикации сразу после добавления разработки Подробнее. Рассылка для учителя Получайте бесплатно новые полезные материалы прямо на свой email Подробнее. Для учителя Разработки Видеоуроки Комплекты Олимпиады Блог Учительская. О проекте Обратная связь Друзьям. Политика конфиденциальности Лицензионный договор Рассылка. Такой пользователь уже существует, вы можете войти или восстановить пароль. Или войти с помощью аккаунта в соцсети. Введите вашу электронную почту, чтобы восстановить пароль!
Еще в начале го века была сформулирована теория относительности. Что это такое и кто ее создатель, знает сегодня каждый школьник. Она настолько увлекательна, что ею интересуются даже люди, далекие от науки. В этой статье доступным языком описывается теория относительности: Говорят, что к Альберту Эйнштейну, ее создателю, прозрение пришло в один миг. Ученый будто бы ехал на трамвае по швейцарскому Берну. Он посмотрел на уличные часы и вдруг осознал, что эти часы остановятся, если трамвай разгонится до скорости света. В этом случае времени бы не стало. Время в теории относительности играет очень важную роль. Один из постулатов, сформулированных Эйнштейном, — разные наблюдатели воспринимают действительность по-разному. Это относится в частности ко времени и расстоянию. В тот день Альберт понял, что, выражаясь языком науки, описание любого физического явления или события зависит от того, в какой системе отсчета находится наблюдатель. К примеру, если какая-нибудь пассажирка трамвая уронит очки, они упадут по отношению к ней вертикально вниз. Если же посмотреть с позиции стоящего на улице пешехода, то траектория их падения будет соответствовать параболе, так как трамвай движется и одновременно падают очки. Таким образом, система отсчета у каждого своя. Предлагаем подробнее рассмотреть основные постулаты теории относительности. Несмотря на то что при смене систем отсчета описания событий меняются, существуют и универсальные вещи, которые остаются неизменными. Для того чтобы понять это, нужно задаться вопросом не падения очков, а закона природы, который вызывает это падение. Для любого наблюдателя, независимо от того, в движущейся или неподвижной системе координат он находится, ответ на него остается неизменным. Этот закон называется законом распределенного движения. Он одинаково действует как в трамвае, так и на улице. Иными словами, если описание событий всегда зависит от того, кто их наблюдает, то это не относится к законам природы. Они являются, как принято выражаться на научном языке, инвариантными. Вот в этом и состоит принцип относительности. Данный принцип, как и любую другую гипотезу, необходимо было сначала проверить, соотнеся его с природными явлениями, действующими в нашей реальности. Эйнштейн вывел 2 теории из принципа относительности. Хотя они и родственные, но считаются отдельными. Частная, или специальная, теория относительности СТО основывается на положении о том, что для всевозможных систем отсчета, скорость движения которых постоянна, законы природы остаются одними и теми же. Общая теория относительности ОТО данный принцип распространяет на любые системы отсчета, в том числе и те, которые движутся с ускорением. В году А. Эйнштейн опубликовал первую теорию. Вторую, более сложную в плане математического аппарата, завершил к году. Создание теории относительности, как СТО, так и ОТО, стало важным этапом в развитии физики. Остановимся подробнее на каждой из них. Что это такое, в чем ее суть? Давайте ответим на этот вопрос. Именно этой теорией предсказывается множество парадоксальных эффектов, противоречащих нашим интуитивным представлениям о том, как устроен мир. Речь идет о тех эффектах, которые наблюдаются тогда, когда скорость движения приближается к скорости света. Наиболее известным среди них является эффект замедления времени хода часов. Часы, которые движутся относительно наблюдателя, для него идут медленнее, нежели те, которые находятся у него в руках. В системе координат при движении со скоростью, приближенной к скорости света, время растягивается относительно наблюдателя, а длина объектов пространственная протяженность , напротив, сжимается вдоль оси направления этого движения. Данный эффект ученые называют сокращением Лоренца-Фицджеральда. Еще в году его описал Джордж Фицджеральд, итальянский физик. А в году Хендрик Лоренц, нидерландец, дополнил его. Этот эффект объясняет отрицательный результат, который дает опыт Майкельсона-Морли, в котором скорость движения нашей планеты в космическом пространстве определяется замером "эфирного ветра". Таковы основные постулаты теории относительности специальной. Эйнштейн дополнил эти уравнения формулой преобразования массы, сделанной по аналогии. Согласно ей, по мере того, как скорость тела приближается к скорости света, масса тела увеличивается. Например, если скорость составит тыс. Все эти положения, как бы они ни противоречили здравому смыслу, со времени Эйнштейна находят прямое и полное подтверждение во множестве экспериментов. Один из них провели ученые Мичиганского университета. Этим любопытным опытом подтверждается теория относительности в физике. Исследователи поместили на борт авиалайнера, который регулярно совершал трансатлантические рейсы, сверхточные атомные часы. Каждый раз после возвращения его в аэропорт показания этих часов сверялись с контрольными. Оказалось, что часы на самолете каждый раз все больше отставали от контрольных. Конечно, речь шла лишь о незначительных цифрах, долях секунды, но сам факт весьма показателен. Последние полвека исследователи изучают элементарные частицы на ускорителях — огромных аппаратных комплексах. В них пучки электронов или протонов, то есть заряженных субатомных частиц, разгоняются до тех пор, пока их скорости не приближаются к скорости света. После этого ими обстреливаются ядерные мишени. В данных опытах нужно учитывать то, что масса частиц увеличивается, в противном случае результаты эксперимента не поддаются интерпретации. В этом отношении СТО уже давно не просто гипотетическая теория. Она стала одним из инструментов, которые используются в прикладной инженерии, наравне с ньютоновскими законами механики. Принципы теории относительности нашли большое практическое применение в наши дни. Кстати, говоря о законах Ньютона портрет этого ученого представлен выше , следует сказать, что специальная теория относительности, которая, казалось бы, им противоречит, в действительности воспроизводит уравнения законов Ньютона практически в точности, если ее использовать для описания тел, скорость движения которых намного меньше скорости света. Другими словами, если применяется специальная теория относительности, физика Ньютона вовсе не отменяется. Эта теория, напротив, дополняет и расширяет ее. Используя принцип относительности, можно понять, почему в данной модели строения мира очень важную роль играет именно скорость света, а не что-то еще. Этим вопросом задаются те, кто только начинает знакомство с физикой. Скорость света является универсальной константой благодаря тому, что она определена в качестве таковой естественнонаучным законом подробнее об этом можно узнать, изучив уравнения Максвелла. Скорость света в вакууме, в силу действия принципа относительности, в любой системе отсчета является одинаковой. Можно подумать, что это противоречит здравому смыслу. Выходит, что до наблюдателя одновременно доходит свет как от неподвижного источника, так и от движущегося независимо от того, с какой скоростью он движется. Однако это не так. Скорости света, благодаря особой ее роли, отводится центральное место не только в специальной, но и в ОТО. Расскажем и о ней. Она используется, как мы уже говорили, для всех систем отсчета, не обязательно тех, скорость движения которых относительно друг друга является постоянной. Математически эта теория выглядит намного сложнее, нежели специальная. Этим и объясняется то, что между их публикациями прошло 11 лет. ОТО включает в себя специальную в качестве частного случая. Следовательно, законы Ньютона также входят в нее. Однако ОТО идет намного дальше ее предшественниц. К примеру, в ней по-новому объясняется гравитация. Благодаря ОТО мир становится четырехмерным: Все они неразрывны, следовательно, нужно говорить уже не о пространственном расстоянии, существующем в трехмерном мире между двумя объектами. Речь теперь идет о простанственно-временных интервалах между различными событиями, объединяющими как пространственную, так и временную удаленность их друг от друга. Другими словами, время и пространство в теории относительности рассматриваются как некий четырехмерный континуум. Его можно определить как пространство-время. В данном континууме те наблюдатели, которые движутся относительно друг друга, будут иметь разные мнения даже о том, одновременно ли произошли два каких-либо события, или же одно из них предшествовало другому. Однако причинно-следственные связи при этом не нарушаются. Другими словами, существования такой системы координат, где два события происходят в разной последовательности и не одновременно, не допускает даже ОТО. Согласно закону всемирного тяготения, открытому Ньютоном, сила взаимного притяжения существует во Вселенной между любыми двумя телами. Земля с этой позиции вращается вокруг Солнца, так как между ними имеются силы взаимного притяжения. Тем не менее, ОТО заставляет взглянуть с другой стороны на это явление. Гравитация, согласно данной теории, — следствие "искривления" деформации пространства-времени, которое наблюдается под воздействием массы. Чем тело тяжелее в нашем примере, Солнце , тем больше "прогибается" под ним пространство-время. Соответственно, его гравитационное поле тем сильнее. Для того чтобы лучше понять суть теории относительности, обратимся к сравнению. Земля, согласно ОТО, вращается вокруг Солнца, как маленький шарик, который катится вокруг конуса воронки, созданной в результате "продавливания" Солнцем пространства-времени. А то, что мы привыкли считать силой тяжести, является на самом деле внешним проявлением данного искривления, а не силой, в понимании Ньютона. Лучшего объяснения феномена гравитации, чем предложенное в ОТО, на сегодняшний день не найдено. Отметим, что ОТО проверить непросто, так как ее результаты в лабораторных условиях почти соответствуют закону всемирного тяготения. Однако ученые все-таки провели ряд важных экспериментов. Их результаты позволяют сделать вывод о том, что теория Эйнштейна является подтвержденной. ОТО, кроме того, помогает объяснить различные явления, наблюдаемые в космосе. Это, например, небольшие отклонения Меркурия от своей стационарной орбиты. С точки зрения ньютоновской классической механики их нельзя объяснить. Это также то, почему электромагнитное излучение, исходящее от далеких звезд, искривляется при прохождении его вблизи от Солнца. Результаты, предсказанные ОТО, на самом деле существенно отличаются от тех, которые дают законы Ньютона портрет его представлен выше , лишь тогда, когда присутствуют сверхсильные гравитационные поля. Следовательно, для полноценной проверки ОТО необходимы либо очень точные измерения объектов огромной массы, либо черные дыры, поскольку наши привычные представления по отношению к ним неприменимы. Поэтому разработка экспериментальных способов проверки этой теории является одной из главных задач современной экспериментальной физики. Умы многих ученых, да и далеких от науки людей занимает созданная Эйнштейном теория относительности. Что это такое, мы вкратце рассказали. Эта теория переворачивает наши привычные представления о мире, поэтому интерес к ней до сих пор не угасает. Жизнь Экономика Наука Авто Отдых Хай-тек Здоровье. Как уложить волосы, если выключили электричество. Самый красивый летний мальчик в мире. Что происходит, когда собака облизывает лицо человека? Забавные факты о сексе, которые вам стоит узнать. Умеете сворачивать язык в трубочку? Казусы с макияжем у знаменитостей. Как дата рождения определяет всю вашу дальнейшую жизнь. Зачем кошки несут убитых животных домой. Почему надо заниматься сексом как можно чаще? Для чего женщины испытывают оргазм? Главная Образование Наука Теория относительности - что это такое? Время и пространство в теории относительности. Подписаться Поделиться Рассказать Рекомендовать. Подписаться Поделиться Рассказать Рекоммендовать. NENADO 7 июля , 0: Ну так если даже и происходит искривление пространства-времени под воздействием массы того или иного объекта,а если перевернуть картинку,что изменится то? Как её ты не крути, для вселенной нет понятия сверху, снизу,сбоку. Пространство- время не прогибается под массой тела, а огибает его со всех сторон. Вселенная - гигантский, неизведанный,красивый, живой и разумный мегаполис Нас с Луною то чуть не спалили"! Иногда на снимки попадали поистине неверо Каково быть девственницей в 30 лет? Каково, интересно, женщинам, которые не занимались сексом практически до достижения среднего возраста? Наши предки спали не так, как мы. Что мы делаем неправильно? В это трудно поверить, но ученые и многие историки склоняются к мнению, что современный человек спит совсем не так, как его древние предки. Зачем нужен крошечный карман на джинсах? Все знают, что есть крошечный карман на джинсах, но мало кто задумывался, зачем он может быть нужен. Интересно, что первоначально он был местом для хр Как жаль, что хорошие супруги не растут на деревьях. Если ваша вторая половинка делает эти 13 вещей, то вы можете с Что форма носа может сказать о вашей личности? Многие эксперты считают, что, посмотрев на нос, можно многое сказать о личности человека. Поэтому при первой встрече обратите внимание на нос незнаком
Тесто для оладьев на кефире без яиц
Тест на измену
Руки вверх вечером теплым брожу один
Устав подразделения транспортной безопасности образец
Зарубежное гражданское право