Реферат: Принцип относительности Эйнштейна

Средняя школа №6

Реферат по физике

на тему:

Принцип

относительности

Эйнштейна

ученика 11 класса «М»

Клина Романа

Химки — 1998 г.

Содержание

TOCo «1-3» Биография Альберта Эйнштейна… GOTOBUTTON_Toc419631260 PAGEREF _Toc4196312603

Относительностьодновременности событий… GOTOBUTTON_Toc419631262 PAGEREF _Toc4196312624

ПреобразованияЛоренца… GOTOBUTTON_Toc419631263 PAGEREF _Toc4196312635

Зависимостьмассы тела от скорости… GOTOBUTTON_Toc419631264 PAGEREF _Toc4196312645

Законвзаимосвязи массы и энергии… GOTOBUTTON_Toc419631265 PAGEREF _Toc4196312657

Значениетеории относительности… GOTOBUTTON_Toc419631269 PAGEREF _Toc4196312698

Списокиспользованной литературы:… GOTOBUTTON_Toc419631273 PAGEREF _Toc4196312739

Биография АльбертаЭйнштейна(1879-1955)

Выдающийся физик, создатель теории относительности,один из создателей квантовой теории и статистической физики.

Родился в Германии, вгороде Ульме. С 14 лет вместе с семьей жил вШвейцарии, где в 1900 г. окончил Цюрихский политехникум. В 1902-1909 гг. служилэкспертом патентного бюро в Берне. В эти годы Эйнштейн создал специальнуютеорию относительности, выполнил исследования по статистической физике, броуновскому движению, теории излучения идр. Работы Эйнштейна получили известность, и в 1909 г. он был избран профессором Цюрихского университета, а затем —Немецкого университета в Праге. В 1914 г. Эйнштейн был приглашен преподавать вБерлинский университет. В период своей жизни в Берлине он завершил созданиеобщей теории относительности, развилквантовую теорию излучения. За открытие законов фотоэффекта и работы в области теоретическойфизики Эйнштейн получил в 1921 г. Нобелевскую премию. В 1933 г. послеприхода к власти в Германии фашистов Эйнштейн эмигрировал в США, в Принстон, где он до конца жизни работал в Институтевысших исследований.

В 1905 г. былаопубликована специальная теория относительности — механика и электродинамикател, движущихся со скоростями, близкими к скорости света.

Тогда же Эйнштейн открыл закон взаимосвязи массы иэнергии (Е=mc2), который лежит в основе всей ядерной энергетики.

Ученый внес большой вклад в развитие квантовой теории. Вего теории фотоэффекта свет рассматривается как поток квантов (фотонов). Существование фотонов былоподтверждено в 1923 г. в экспериментахамериканского физикаА. Комптона. Эйнштейн установилосновной закон фотохимии (закон Эйнштейна), по которому каждый поглощенныйквант света вызывает одну элементарную фотохимическую реакцию. В 1916 г. онтеоретически предсказал явление индуцированного (вынужденного) излучения атомов,лежащее в основе квантовой электроники.

Вершиной научного творчества Эйнштейна стала общая теория относительности, завершенная им к1916 г. Идеи Эйнштейна изменили господствовавшие в физике со времен Ньютона механистические взгляды на пространство, время и тяготение ипривели к новой материалистической картине мира.

Ученый работал и над созданием единой теории поля,объединяющей гравитационные и электромагнитные взаимодействия. Научные труды Эйнштейна сыгралибольшую роль в развитии современной физики — квантовой электродинамики, атомной и ядерной физики, физики элементарных частиц, космологии,астрофизики.

А. Эйнштейн был членом многих академий мира и научныхобществ. В 1926 г. его избрали почетным членом Академии наук СССР.

Относительность одновременности событий

В механикеНьютона одновременность двух событий абсолютна и не зависит от системы отсчёта.Это значит, что если два события происходят в системе K в моменты времени t и t1, а в системе K’ соответственно в моменты времени t’ и t’1 , то поскольку t=t’, промежуток времени между двумя событиями одинаков в обеихсистемах отсчёта

В отличие отклассической механики, в специальной теории относительности одновременностьдвух событий, происходящих в разных точках пространства, относительна: события,одновременные в одной инерциальной системе отсчёта, не одновременны в другихинерциальных системах[1]

,движущихся относительно первой. На рисунке (см. ниже) расположена схемаэксперимента, который это иллюстрирует. Система отсчета K связана с Землёй, система K’ — с вагоном, движущимсяотносительно Земли прямолинейно и равномерно со скоростью v. На Земле и в вагоне отмечены точки А,М, В и соответственно А’, M’ иВ’, причем АМ=МВ и А’M’=M’B’. В момент, когдауказанные точки совпадают, в точках А и В происходят события — ударяют двемолнии. В системе К сигналы от обоих вспышек придут в точку М одновременно, таккак АМ=МВ, и скорость света одинакова во всех направлениях. В системе К’, связанной с вагоном,сигнал из точки В’ придетв точку M’ раньше, чемиз точки А’, ибо скоростьсвета одинакова во всех направлениях, но М’ движется навстречу сигналу пущенному из точки B’ и удаляется от сигнала, пущенного източки А’.Значит, события в точках А’ и B’ не одновременны: события в точке B’ произошло раньше, чем вточке A’. Если бы вагондвигался в обратном направлении, то получился бы обратный результат.

Понятие одновременностипространственно разделенных событий относительно. Из постулатов теорииотносительности и существования конечнойскорости распространениясигналов следует, что в разных инерциальныхсистемахотсчёта время протекаетпо-разному.

ПреобразованияЛоренца

В соответствиис двумя постулатамиспециальной теории относительности между координатами и временемв двух инерциальных системахК иК' существуютотношения, которые называютсяпреобразованиямиЛоренца.

В простейшем случае,когда система К’движется относительно системы К соскоростью vтак, как показано на рисунке (см ниже), преобразования Лоренцадля координат и времени имеют следующий вид:

Из преобразований Лоренца вытекает тесная связь междупространственными и временными координатами в теории относительности; не толькопространственные координаты зависят от времени (как в кинематике), но и время вобеих системах отсчёта зависит от пространственных координат, а также от скорости<img src="/cache/referats/943/image022.gif" v:shapes="_x0000_i1035"> движения системыотсчёта K’.

Формулы преобразований Лоренца переходят в формулы кинематики при v/c<<1. В этом случае

Переход формул теорииотносительности в формулы кинематики при условии v/c <<1 являетсяпроверкой справедливости этих формул.

Зависимостьмассы тела от скорости

Зависимостьсвойств пространства и времени отдвижения системы отсчета приводит к тому, что сохраняющейся при любыхвзаимодействиях тел является величина

называемая релятивистским импульсом, ане классический импульс.

Классическийзакон сложенияскоростей и классический закон сохранения импульса являются частными случаямиуниверсальных релятивистских законов и выполняются только при значенияхскоростей, значительно меньших скорости света в вакууме.

Релятивистский импульс теламожно рассматривать как произведение релятивистской массы т тела на скорость его движения. Релятивистская масса т тела возрастает с увеличением скоростипо закону

<img src="/cache/referats/943/image034.gif" v:shapes="_x0000_i1045">,

где <img src="/cache/referats/943/image036.gif" v:shapes="_x0000_i1046"> — масса покоя тела, <img src="/cache/referats/943/image022.gif" v:shapes="_x0000_i1047"> — скорость егодвижения.

Возрастание массы тела сувеличением скорости приводит ктому, что ни одно тело с массойпокоя, не равной нулю, не может достигнуть скорости, равнойскорости света в вакууме, или превысить эту скорость. Скорость <img src="/cache/referats/943/image022.gif" v:shapes="_x0000_i1048"><img src="/cache/referats/943/image038.gif" v:shapes="_x0000_i1049"><img src="/cache/referats/943/image038.gif" v:shapes="_x0000_i1050"><img src="/cache/referats/943/image040.gif" v:shapes="_x0000_i1051">

При<img src="/cache/referats/943/image042.gif" v:shapes="_x0000_i1052"> выражение для импульсапереходит в то, которое используется в механике Ньютона <img src="/cache/referats/943/image044.gif" v:shapes="_x0000_i1053"><img src="/cache/referats/943/image046.gif" v:shapes="_x0000_i1054"> понимается масса покоя(<img src="/cache/referats/943/image048.gif" v:shapes="_x0000_i1055">),ибо при <img src="/cache/referats/943/image042.gif" v:shapes="_x0000_i1056"> различие <img src="/cache/referats/943/image046.gif" v:shapes="_x0000_i1057"><img src="/cache/referats/943/image036.gif" v:shapes="_x0000_i1058">

<img src="/cache/referats/943/image049.gif" v:shapes="_x0000_i1059">

Рисунок №2

Законвзаимосвязи массы и энергии

Полная энергия Етела (или частицы) пропорциональна релятивистской массе <img src="/cache/referats/943/image051.gif" v:shapes="_x0000_i1060">(закон взаимосвязи массы и энергии):

где с — скорость света в вакууме. Релятивистская массазависит отскорости<img src="/cache/referats/943/image055.gif" v:shapes="_x0000_i1062">, скоторой тело (частица) движетсявданнойсистемеотсчета. Поэтомуполная энергия различна в разныхсистемах отсчета[2]

Наименьшейэнергией <img src="/cache/referats/943/image057.gif" v:shapes="_x0000_i1063">(<img src="/cache/referats/943/image059.gif" v:shapes="_x0000_i1064">). Энергия <img src="/cache/referats/943/image057.gif" v:shapes="_x0000_i1065"> называется собственной энергией или энергией покоя тела (частицы):

Энергияпокоя тела является его внутренней энергией Она состоит из суммы энергий покоявсех частиц тела <img src="/cache/referats/943/image063.gif" v:shapes="_x0000_i1067">относительнообщего центра масс и потенциальной энергии их взаимодействия. Поэтому

где <img src="/cache/referats/943/image069.gif" v:shapes="_x0000_i1070"><img src="/cache/referats/943/image071.gif" v:shapes="_x0000_i1071">й частицы.

В релятивистской механикенесправедлив закон сохранения массы покоя. Например, масса покоя <img src="/cache/referats/943/image036.gif" v:shapes="_x0000_i1072"> атомногоядра меньше, чем сумма собственных масс частиц, входящих в ядро. Наоборот масса <img src="/cache/referats/943/image036.gif" v:shapes="_x0000_i1073"><img src="/cache/referats/943/image073.gif" v:shapes="_x0000_i1074"> и <img src="/cache/referats/943/image075.gif" v:shapes="_x0000_i1075">

Несохранение массы покоя не означает нарушения законасохранения массы вообще. В теории относительности справедлив закон сохранениярелятивистской массы. Он вытекает из формулы закона взаимосвязи массы и энергии<img src="/cache/referats/943/image053.gif" v:shapes="_x0000_i1077">системе тел сохраняется полная энергия. Следовательно, сохраняется и релятивистская масса. В теории относительности законы сохранения энергии ирелятивистской массы взаимосвязаны и представляют собой единый закон сохранениямассы и энергии. Однако из этого закона
отнюдь не следует возможность преобразования массы в энергию и обратно. Масса иэнергия представляют собой два качественно различных свойства материи,отнюдь не «эквивалентных» друг другу. Ни один из известных опытных фактов недает оснований для вывода о «переходе массы в энергию». Превращение энергии системыиз одной формы в другую сопровождается превращением массы. Например, в явлениирождения и уничтожения пары электрон — позитрон, вполном соответствии с законом сохранения релятивистской массы и энергии, массане переходит в энергию. Масса покоя частиц (электрона и
позитрона) преобразуется в массу фотонов, то есть в массу электромагнитного поля.

ГипотезаЭйнштейна о существовании собственной энергии тела подтверждается многочисленнымиэкспериментами. На основе использования закона взаимосвязи массы и энергииведутся расчеты выхода энергии в различных ядерных энергетических установках.

Значениетеории относительности

Сорок — пятьдесят лет назад можно было наблюдать очень большой интерес к теории относительности со стороны широких кругов несмотря на то, чтотогда в книгах и статьях по теории относительности речь шла об очень далеких отповседневного опыта и очень абстрактных вещах. Широкие круги проявилиудивительное чутье, они чувствовали, что теория, с такой смелостью посягнувшаяна основные представления о пространстве и времени, не может не привести присвоем развитии и применении к очень глубоким и широким производственно — техническим и культурным последствиям. Это предчувствие не обмануло людей. Воплощениемнового релятивистского учения об энергии, а следовательно, и всей теории относительностив целом является атомная эра, которая расширяетвласть человека над природой больше, чем этосделали предшествующие научные и технические революции.

Атомная эрабудет эрой дальнейших коренных преобразований физической картины мира. Сейчаснельзя предвидеть, каким образом изменятся представления о пространстве,времени, движении, элементарных частицах и их взаимодействиях. Можно указатьтолько на некоторые проблемы современной физики, которые, видимо, будут решенылишь при переходе к новой физической картине мира.

Теорияотносительности, созданная Эйнштейном в 1905 г., стала законченной теориейдвижения макроскопических тел. Её применение втеории элементарных частиц наталкивается наряд серьезных трудностей, которые, быть может, свидетельствуют о необходимости новогопонимания принципа относительности. Развитие атомной и особенно ядерной физики- блестящий триумф теории Эйнштейна — указывает вместе с тем на возможное дальнейшееразвитие и обобщение этой теории.

Теорияотносительности ждет дальнейшего развития и обобщения и в другом направлении,помимо картины движений, взаимодействий и трансмутацийэлементарных частицв областях порядка 10-13 см, Она все в большей степенистановится теорией, описывающей строение космических областей, по сравнению скоторыми исчезающе малы расстояния междузвездами и даже расстояния между галактиками.

Список использованнойлитературы:

1.

2.

«Справочноеруководство по физике»

3.

«Беседы о теорииотносительности»

[1]

Системы отсчёта, в которыхсправедлив закон инерции (первый закон Ньютона) называют инерциальнымисистемами отсчёта

[2]

Тело (или частица) не находитсяв силовом поле

еще рефераты

Еще работы по физике