Специальная теория Специальная теория относительности. относительности. Постулаты теории Постулаты теории относительности относительности

Урок в 11 классе.Урок в 11 классе.Подготовила учитель МБОУ Подготовила учитель МБОУ

СОШ СОШ с. Никифарово Ишназарова с. Никифарово Ишназарова

А.Р.А.Р.

СТОСТО• Специальная теория относительности (СТО) — Специальная теория относительности (СТО) —

теория, описывающая движение, законы теория, описывающая движение, законы механики и пространственно-временные механики и пространственно-временные отношения при произвольных скоростях отношения при произвольных скоростях движения, меньших скорости света в вакууме, в движения, меньших скорости света в вакууме, в том числе близких к скорости света. В рамках том числе близких к скорости света. В рамках специальной теории относительности специальной теории относительности классическая механика Ньютона является классическая механика Ньютона является приближением низких скоростей. Обобщение приближением низких скоростей. Обобщение СТО для гравитационных полей называется СТО для гравитационных полей называется общей теорией относительности.общей теорией относительности.

• Описываемые специальной теорией Описываемые специальной теорией относительности отклонения в протекании относительности отклонения в протекании физических процессов от предсказаний физических процессов от предсказаний классической механики называют классической механики называют релятивистскими эффектами, а скорости, при релятивистскими эффектами, а скорости, при которых такие эффекты становятся которых такие эффекты становятся существенными, — релятивистскими скоростями.существенными, — релятивистскими скоростями.

Из истории СТО.Из истории СТО. Специальная теория относительности Специальная теория относительности

была разработана в начале XX века была разработана в начале XX века усилиями Г. А. Лоренца, А. Пуанкаре, А. усилиями Г. А. Лоренца, А. Пуанкаре, А.

Эйнштейна и других учёных. Эйнштейна и других учёных. Экспериментальной основой для создания Экспериментальной основой для создания

СТО послужил опыт Майкельсона. Его СТО послужил опыт Майкельсона. Его результаты оказались неожиданными для результаты оказались неожиданными для

классической физики своего времени: классической физики своего времени: независимость скорости света от независимость скорости света от

направления (изотропность) и орбитального направления (изотропность) и орбитального движения Земли вокруг Солнца. Попытка движения Земли вокруг Солнца. Попытка интерпретировать этот результат в начале интерпретировать этот результат в начале

XX века вылилась в пересмотр классических XX века вылилась в пересмотр классических представлений, и привела к созданию представлений, и привела к созданию специальной теории относительности.специальной теории относительности.

Г.А. Г.А.

ЛоренцЛоренц

А. Эйнштейн

При движении сПри движении с околосветовыми скоростями околосветовыми скоростями

видоизменяются законы видоизменяются законы динамики. Второй закон динамики. Второй закон

Ньютона, связывающий силу и Ньютона, связывающий силу и ускорение, должен быть ускорение, должен быть

модифицирован при скоростях модифицирован при скоростях тел, близких к скорости света. тел, близких к скорости света. Кроме этого, выражение для Кроме этого, выражение для

импульса и кинетической энергии импульса и кинетической энергии тела имеет более сложную тела имеет более сложную

зависимость от скорости, чем в зависимость от скорости, чем в нерелятивистском случае.нерелятивистском случае.

Основные понятия СТО.Основные понятия СТО.• Система отсчётаСистема отсчёта представляет собой представляет собой

некоторое материальное тело, выбираемое в некоторое материальное тело, выбираемое в качестве начала этой системы, способ качестве начала этой системы, способ определения положения объектов относительно определения положения объектов относительно начала системы отсчёта и способ измерения начала системы отсчёта и способ измерения времени. Обычно различают системы отсчёта и времени. Обычно различают системы отсчёта и системы координат. Добавление процедуры системы координат. Добавление процедуры измерения времени к системе координат измерения времени к системе координат «превращает» её в систему отсчёта.«превращает» её в систему отсчёта.

• Инерциальная система отсчёта (ИСО)Инерциальная система отсчёта (ИСО) — это — это такая система, относительно которой объект, не такая система, относительно которой объект, не подверженный внешним воздействиям, движется подверженный внешним воздействиям, движется равномерно и прямолинейно. равномерно и прямолинейно.

• СобытиемСобытием называется любой физический процесс, называется любой физический процесс, который может быть локализован в пространстве, и который может быть локализован в пространстве, и имеющий при этом очень малую длительность. имеющий при этом очень малую длительность. Другими словами, событие полностью Другими словами, событие полностью характеризуется координатами (x, y, z) и моментом характеризуется координатами (x, y, z) и моментом времени t. времени t.

Обычно рассматриваются две инерциальные Обычно рассматриваются две инерциальные системы S и S'. Время и координаты некоторого системы S и S'. Время и координаты некоторого события, измеренные относительно системы S события, измеренные относительно системы S

обозначаются как (t, x, y, z), а координаты и время обозначаются как (t, x, y, z), а координаты и время этого же события, измеренные относительно этого же события, измеренные относительно

системы S', как (t', x', y', z'). Удобно считать, что системы S', как (t', x', y', z'). Удобно считать, что координатные оси систем параллельны друг другу координатные оси систем параллельны друг другу

и система S' движется вдоль оси x системы S со и система S' движется вдоль оси x системы S со скоростью v. Одной из задач СТО является поиск скоростью v. Одной из задач СТО является поиск

соотношений, связывающих (t', x', y', z') и (t, x, y, z), соотношений, связывающих (t', x', y', z') и (t, x, y, z), которые называются преобразованиями Лоренца.которые называются преобразованиями Лоренца.

1 принцип 1 принцип относительности.относительности.

Все законы природы инвариантны Все законы природы инвариантны по отношению к переходу от одной по отношению к переходу от одной инерциальной системы отсчета к инерциальной системы отсчета к другой (протекают одинаково во другой (протекают одинаково во

всех инерциальных системах всех инерциальных системах отсчета).отсчета).

Это означает, что во всех инерциальных Это означает, что во всех инерциальных системах физические законы (не только системах физические законы (не только

механические) имеют одинаковую форму. механические) имеют одинаковую форму. Таким образом, принцип относительности Таким образом, принцип относительности классической механики обобщается на все классической механики обобщается на все

процессы природы, в том числе и на процессы природы, в том числе и на электромагнитные. Этот обобщенный электромагнитные. Этот обобщенный

принцип называют принципом принцип называют принципом относительности Эйнштейна.относительности Эйнштейна.

2 принцип 2 принцип относительности.относительности.

Скорость света в вакууме не Скорость света в вакууме не зависит от скорости движения зависит от скорости движения

источника света или источника света или наблюдателя и одинакова во всех наблюдателя и одинакова во всех инерциальных системах отсчета. инерциальных системах отсчета.

Скорость света в СТО занимает особое Скорость света в СТО занимает особое положение. Это предельная скорость положение. Это предельная скорость

передачи взаимодействий и сигналов из передачи взаимодействий и сигналов из одной точки пространства в другую. одной точки пространства в другую.

СТО.СТО. СТО позволила разрешить все СТО позволила разрешить все

проблемы «доэйнштейновской» проблемы «доэйнштейновской» физики и объяснить физики и объяснить

«противоречивые» результаты «противоречивые» результаты известных к тому времени известных к тому времени экспериментов в области экспериментов в области

электродинамики и оптики. В электродинамики и оптики. В последующее время СТО была последующее время СТО была

подкреплена подкреплена экспериментальными данными, экспериментальными данными,

полученными при изучении полученными при изучении движения быстрых частиц в движения быстрых частиц в

ускорителях, атомных процессов, ускорителях, атомных процессов, ядерных реакций и т. п. ядерных реакций и т. п.

Пример.Пример. В момент времени t = 0, когда координатные В момент времени t = 0, когда координатные

оси двух инерциальных систем K и K' оси двух инерциальных систем K и K' совпадают, в общем начале координат совпадают, в общем начале координат

произошла кратковременная вспышка света. За произошла кратковременная вспышка света. За время t системы сместятся относительно друг время t системы сместятся относительно друг

друга на расстояние υt, а сферический волновой друга на расстояние υt, а сферический волновой фронт в каждой системе будет иметь радиус ct, фронт в каждой системе будет иметь радиус ct, так как системы равноправны и в каждой из так как системы равноправны и в каждой из них скорость света равна c. С точки зрения них скорость света равна c. С точки зрения

наблюдателя в системе K центр сферы наблюдателя в системе K центр сферы находится в точке O, а с точки зрения находится в точке O, а с точки зрения

наблюдателя в системе K' он будет находиться в наблюдателя в системе K' он будет находиться в точке O'.точке O'.

Объяснение Объяснение противоречий.противоречий. На смену галилеевых преобразований На смену галилеевых преобразований

СТО предложила другие формулы СТО предложила другие формулы преобразования при переходе из одной преобразования при переходе из одной инерциальной системы в другую – так инерциальной системы в другую – так называемые преобразования Лоренца, называемые преобразования Лоренца,

которые при скоростях движения, близких которые при скоростях движения, близких к скорости света, позволяют объяснить к скорости света, позволяют объяснить

все релятивисткие эффекты, а при малых все релятивисткие эффекты, а при малых скоростях (скоростях (υυ<< c) переходят в формулы << c) переходят в формулы

преобразования Галилея. Таким образом, преобразования Галилея. Таким образом, новая теория (СТО) не отвергла старую новая теория (СТО) не отвергла старую

классическую механику Ньютона, а только классическую механику Ньютона, а только уточнила пределы ее применимости. Такая уточнила пределы ее применимости. Такая взаимосвязь между старой и новой, более взаимосвязь между старой и новой, более

общей теорией, включающей старую общей теорией, включающей старую теорию как предельный случай, носит теорию как предельный случай, носит

название принципа соответствия.название принципа соответствия.

Домашнее задание.Домашнее задание.

• Прочитать Прочитать §§ 75,76. 75,76.• Выучить определения, термины, Выучить определения, термины,

постулаты.постулаты.

Спасибо за внимание.Спасибо за внимание.