Реферат: Рождение теории относительности
Реферат по физике:
РОЖДЕНИЕ ТЕОРИИОТНОСИТЕЛЬНОСТИ
<img src="/cache/referats/1966/image002.jpg" v:shapes="_x0000_i1025">
Савиновой Анны 11Ю
Рождение теории относительности.
Великийученый-физик Альберт Эйнштейн(1879-1955) до 1933г. Жил в Германии, затем в США.Член многих академий наук, почетный член Академии наук СССР, лауреатНобелевской премии 1921г. Выдающийся вклад Эйнштейна в науку — создание теорииотносительности. В 1905г. им была опубликована в почти законченном видеспециальная, или частичная, теория относительности.
В 1907-1916 гг. создана общая теорияотносительности, которая объединяет современное учение о пространстве и временис теорией тяготения. По масштабу переворота, совершенного Эйнштейном в физике,его часто сравнивают с Ньютоном.
Вбольшинстве задач динамики, имеющих приложение к техническим проблемам, основнуюсистему координат можно связывать с Землей, считая ее неподвижной. Однако дляастрономических задач и задач космических полетов принятие такой инерциальнойсистемы отсчета будет уже неверным, так как Земля вращается вокруг своей оси идвижется вокруг Солнца. Для наблюдений за движением планет и космическихкораблей в качестве основной системы можно принять систему, связанную снеподвижными звездами. С усовершенствованием методов теоретических иэкспериментальных исследований система координат, связанная с неподвижнымизвездами, также оказалась недостаточной для согласования опытных фактов срезультатами вычислений. Это было выяснено Эйнштейном. Созданная им специальнаятеория относительности показала, что законы Ньютона не вполне точны и прибольших скоростях движения, сравнимых со скоростью света, являются толькопервым приближением для описания наблюдаемых движений. При скоростях же,значительно меньших скорости света, все расчеты, вытекающие из законов Ньютона,в предположении, что основная система координат связана с неподвижными звездами,достаточно просты и удовлетворяют самым строгим требованиям точности.
<span Times New Roman",«serif»;mso-fareast-font-family:«Times New Roman»; mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language:RU;mso-bidi-language:AR-SA">
Специальная теория относительности
Всвоей работе «Кэлектродинамике движущихся тел»,опубликованной в 1905г., Эйнштейн сформулировал более точную теорию механикибыстродвижущихся тел — специальную теорию относительности.
Вклассической механике считалось, что если мы знаем декартовы координаты x,yи время tсобытия внекоторой неподвижной(приближенно) системе координат, то можем легко вычислитькоординаты<img src="/cache/referats/1966/image004.gif" v:shapes="_x0000_i1026"><img src="/cache/referats/1966/image006.gif" v:shapes="_x0000_i1027"> и время <img src="/cache/referats/1966/image008.gif" v:shapes="_x0000_i1028"> в инерциальнойсистеме(<img src="/cache/referats/1966/image004.gif" v:shapes="_x0000_i1029"><img src="/cache/referats/1966/image006.gif" v:shapes="_x0000_i1030"><img src="/cache/referats/1966/image004.gif" v:shapes="_x0000_i1031"><img src="/cache/referats/1966/image006.gif" v:shapes="_x0000_i1032">t= 0 имело координаты<img src="/cache/referats/1966/image010.gif" v:shapes="_x0000_i1033"><img src="/cache/referats/1966/image012.gif" v:shapes="_x0000_i1034"> = 0 и система (<img src="/cache/referats/1966/image004.gif" v:shapes="_x0000_i1035"><img src="/cache/referats/1966/image006.gif" v:shapes="_x0000_i1036"><img src="/cache/referats/1966/image014.gif" v:shapes="_x0000_i1037">tкоординатыточки<img src="/cache/referats/1966/image004.gif" v:shapes="_x0000_i1038"><img src="/cache/referats/1966/image006.gif" v:shapes="_x0000_i1039"> будут относительносистемы(x,y)следующими:
х= <img src="/cache/referats/1966/image004.gif" v:shapes="_x0000_i1040"><img src="/cache/referats/1966/image014.gif" v:shapes="_x0000_i1041">t,
y =<img src="/cache/referats/1966/image006.gif" v:shapes="_x0000_i1042">
Приэтом число интуитивно предполагалось:время t в системе(x,y) течет так же, как и в системе (<img src="/cache/referats/1966/image004.gif" v:shapes="_x0000_i1043"><img src="/cache/referats/1966/image006.gif" v:shapes="_x0000_i1044">t= <img src="/cache/referats/1966/image008.gif" v:shapes="_x0000_i1045">;такимобразом, допускалось, что течение времени не зависит от состояния движениятела. Длина масштабной линейки абсолютна, и если в покоящейся системе (x,y) некоторый отрезок имеет длину <img src="/cache/referats/1966/image016.gif" v:shapes="_x0000_i1046"><img src="/cache/referats/1966/image004.gif" v:shapes="_x0000_i1047"><img src="/cache/referats/1966/image006.gif" v:shapes="_x0000_i1048"><img src="/cache/referats/1966/image016.gif" v:shapes="_x0000_i1049"><img src="/cache/referats/1966/image018.gif" v:shapes="_x0000_i1050">
Вконце XIXв. накопилось достаточно большоечисло фактов (главным образом экспериментальных), относящихся к движению частицсо скоростями, сравнимыми со скоростью света, которые не могли быть объясненыисходя из законов классической механики.
Оказалось,что при скоростях порядка скорости света пространственные соотношения(длиныотрезков) и течение времени зависят от скорости движения системы(<img src="/cache/referats/1966/image004.gif" v:shapes="_x0000_i1051"><img src="/cache/referats/1966/image006.gif" v:shapes="_x0000_i1052">
Воснове теории относительности лежит факт, полученный опытным путем:независимость скорости света от скорости источника.Одно из главных положений теории относительности заключено в том, что в природене существует скорости, большей скорости света в вакууме. Это самая большая,или предельная, скорость.
Другоеважнейшее следствие теории относительности — связь между массой и энергией.Эйнштейн установил, исходя из основных положений теории относительности, чтоэнергия содержится в скрытой форме в любом веществе, причем в массе mзаключена энергия E, равная произведению массы на квадрат скорости света: . Этаформула помогает понять многие процессы.
Исходными для построения теории относительностиявляются два закона природы, получившие подтверждение в самых различныхявлениях движения. Эти законы были сформулированы Эйнштейном в следующем виде:
1. <span Times New Roman"">
«Законы, по которым изменяются состояния физическихсистем, не зависят от того, к которой из двух координатных систем, находящихсяотносительно друг друга в равномерном поступательном движении, эти изменениясостояния относятся».2. <span Times New Roman"">
«Каждый луч света движется в «покоящейся»системекоординат с определенной скоростью, независимо от того, испускается этот лучсвета покоящимся или движущимся телом».Первыйзакон распространяет закон эквивалентности инерциальных систем(законотносительности классической механики Галилея — Ньютон) на широкий классфизических явлений. Второй закон устанавливает постоянство скорости светанезависимо от скорости движения источника света.
Второйзакон кажется наиболее парадоксальным. В самом деле, при изучении движения телсо скоростями, малыми по сравнению со скоростью света, мы убеждаемся итеоретически, и экспериментально, что скорость тела относительно неподвижнойсистемы координат зависит от движения «платформы», с которой бросание тела производится. Так мяч,брошенный в направлении движения поезда, будет иметь по отношению к Землебольшую скорость, нежели мяч, брошенный с неподвижного поезда. Для случаяпрямолинейного движения результирующая скорость будет равна алгебраическойсумме слагаемых скоростей. При движении платформы и тела в одну сторону результирующая скорость будет равнаарифметической сумме скоростей и будет подсчитываться по формуле:
<img src="/cache/referats/1966/image020.gif" v:shapes="_x0000_i1053"> рез. = <img src="/cache/referats/1966/image022.gif" v:shapes="_x0000_i1054">
гдеvрез. Есть результирующаяскорость тела по отношению к Земле, <img src="/cache/referats/1966/image024.gif" v:shapes="_x0000_i1055"> — скорость платформы, <img src="/cache/referats/1966/image026.gif" v:shapes="_x0000_i1056"> — скорость тела по отношению к платформе.
Законсложения скоростей в теории Эйнштейна записывается иначе:
Из этого уравнения следует, что результирующаяскорость всегда меньше скорости света. Даже в предельном случае, когда<img src="/cache/referats/1966/image024.gif" v:shapes="_x0000_i1057"> = с, <img src="/cache/referats/1966/image026.gif" v:shapes="_x0000_i1058">
Существенныеизменения претерпевают и другие понятия механики. Масса тела в задачахспециальной теории относительности зависит от скорости движения тела:
Вэтой формуле <img src="/cache/referats/1966/image028.gif" v:shapes="_x0000_i1059"> — масса тела при v= 0 (масса «покоя»), m — массатела, движущегося со скоростью v, и массатела неограниченно возрастает, если его скорость приближается к скорости света.
Времяв теории относительности не является универсальным;для движущегося наблюдателя время течет медленнее, чем длянеподвижного. Связь времен, показываемых покоящимися и движущимися часами,определяется формулой:
где<img src="/cache/referats/1966/image030.gif" v:shapes="_x0000_i1060"> — время, отсчитываемоенеподвижными часами, а t — время,показываемое часами, движущимися со скоростью vотносительно неподвижной системы. Для обычных задач механикивеличина очень мала по сравнению сединицей, и механика Ньютона дает весьма точные результаты.
Прискоростях, близких к скорости света, уточнения, даваемые теориейотносительности, приобретают принципиальный характер и в настоящее время,например, конструирование ускорителей, определение времени жизни элементарныхчастиц и экспериментальное определение массы быстродвижущихся тел не могут бытьпроизведены без учета результатов, вытекающих из специальной теорииотносительности.
В начале нашего века Эйнштейн начал разрабатывать очень сложную физическуютеорию, которая получила название общей теории относительности. По расчетамЭйнштейна выходило, что притяжение света можно обнаружить только в оченьсильных полях тяготения, например на малых расстояниях от поверхности Солнца.
Ивот в начале 1919г. Были снаряжены две экспедиции. Одна из них расположиласьнеподалеку от бразильского города Сорбаль, а другая — на острове Принчипе у берегов западной Африки. В этихместах в мае 1919г. Должно было наступить полное солнечное затмение. Кромеобычных исследований было решено проверить выводы эйнштейновской теории. Нужнобыло определить положение звезд, видимых в телескоп на одном и том же участкенеба, в двух случаях — когда звездные лучи идут вдалеке от Солнца и в момент, когда они падают на Землю,проходя вблизи солнечного диска. Это последнее наблюдение можно сделать тольково время полного солнечного затмения, иначе звезды не будут видны на фонеяркого света, рассеиваемого атмосферой.
29мая 1919г. Ученые убедились — луч света отклоняется притяжением Солнца. Именнотак, как предсказывала общая теория относительности. Узнав об этом Эйнштейннаписал:«Судьба оказала мне милость, позволив дожить до этихдней...»
Литература:«Детская энциклопедия»том 3 — «Вещество и энергия»А.И.Маркушевич, А.М.Кузнецова, И.В.Петрянов.