Разделы физики

Специальная теория относительности

Относительность пространства, времени, скорости.

Постулаты Энштейна

1. Первый постулат Энштейна:

Законы физики одинаковы во всех инерциальных системах отсчёта (ИСО).

Пояснение:

                    1. Нет «абсолютной» или «предпочтительной» системы отсчёта — все ИСО равноправны. 

                    2. Никаким физическим экспериментом внутри замкнутой ИСО нельзя определить, движется ли она равномерно и прямолинейно или покоится. 

                    3. Уравнения, описывающие законы природы, должны быть инвариантны (не меняться) при переходе от одной ИСО к другой.

2. Второй постулат Энштейна:

Скорость света в вакууме c одинакова во всех инерциальных системах отсчёта и не зависит от движения источника или приёмника света.

Пояснение:

                    1. Если источник света движется навстречу вам или удаляется от вас, скорость пришедшего к вам света всё равно будет c (а не c + v или c − v, как предсказывала классическая механика). 

                    2. c — универсальная константа и предельная скорость распространения любых сигналов и взаимодействий в природе. 

                    3. Этот постулат противоречит классическому закону сложения скоростей и ведёт к радикальному пересмотру представлений о пространстве и времени.

Основные следствия из постулатов Энштейна

Относительность расстояний:

Пояснение:

l - длина объекта, измеренная в системе отсчёта, которая движется относительно объекта (м)
l₀ - собственная длина объекта, измеренная в системе отсчёта, где объект находится в состоянии покоя (м)
υ - скорость движения объекта относительно системы отсчёта, в которой производится измерение длины (м/с)
c - скорость света в вакууме ( ≈3 × 10⁸ м/с)

Относительность промежутков времени:

Пояснение:

τ_(тау) - собственное время, измеренное в движущейся системе отсчёта (C)
τ_0(тау) - время в покоящейся системе отсчёта (с)
υ - скорость движения объекта относительно неподвижной системы отсчёта (м/с)
c - скорость света в вакууме ( ≈3 × 10⁸ м/с)

Относительность массы:

Пояснение:

m - релятивистская масса объекта, то есть масса, измеренная в системе отсчёта, где объект движется со скоростью υ (кг)
m₀ - масса покоя (собственная масса) объекта, то есть масса в системе отсчёта, где объект неподвижен (кг)
υ - скорость движения объекта относительно системы отсчёта, в которой измеряется масса (м/с)
c - скорость света в вакууме ( ≈3 × 10⁸ м/с)

Релятивистская формула сложения скоростей:

Пояснение:

υ₂ - конечная скорость объекта (или скорость в новой системе отсчёта) (м/с)
υ₁ - начальная скорость объекта (скорость в исходной системе отсчёта) (м/с)
υ - скорость, с которой движется система отсчёта относительно исходной (м/с)
c - скорость света в вакууме ( ≈3 × 10⁸ м/с)

Релятивистская динамика

Энергия покоя:

Пояснение:

E₀ - энергия покоя (МэВ или Дж)
m₀ - масса покоя (инвариантная масса) (кг или а.е.м.)
c - скорость света в вакууме ( ≈3 × 10⁸ м/с)

1. Релятивистская кинетическая энергия:

Пояснение:

E_к - кинетическая энергия частицы (то есть энергия движения) (МэВ или Дж)
E - полная энергия частицы (МэВ или Дж)
E₀ -энергия покоя частицы (МэВ или Дж)
m - релятивистская масса частицы (масса, учитывающая увеличение массы при движении с околосветовой скоростью) (кг или а.е.м.)
m₀ - масса покоя (инвариантная масса) (кг или а.е.м.)
c - скорость света в вакууме ( ≈3 × 10⁸ м/с)

2. Релятивистская кинетическая энергия:

Пояснение:

E_к - кинетическая энергия частицы (то есть энергия движения) (МэВ или Дж)
m₀ - масса покоя (инвариантная масса) (кг или а.е.м.)
c - скорость света в вакууме ( ≈3 × 10⁸ м/с)
υ - скорость, с которой движется система отсчёта относительно исходной (м/с)

Связь импульса и энергии:

Пояснение:

E - полная энергия частицы (или системы) (МэВ или Дж)
p - импульс (количество движения) частицы (кг·м/с)
m₀ - масса покоя (инвариантная масса) (кг или а.е.м.)
c - скорость света в вакууме ( ≈3 × 10⁸ м/с)