Изложите кратко основные представления о пространстве и времени, которые составляют основу ньтоновской механики.

Изложите существовавшие в естествознании две основные концепции о сущности пространства и времени.

Субстанциональная. Пифагорейцы, Эллиаты (Зинон), атомисты, Галилей, Ньютон. Пр-во и время – объективные, самостоятельные сущности, не зависящие ни друг от друга, ни о материальных происход.

Реляционна я – Аристотель, Лейбниц, Гегель, Мах, Эйнштейн. Пр-во и время – особый вид отношений между взаимодействующими материальными объектами. Нет смысла говорить о самостоятельном существовании пр-ва и времени, они зависят от материи.

2.Попробуйте дать определения понятиям пространства и времени. Какие свойства пространства и времени известны современной науке?

Пр-во выражает порядок сосуществования отдельных объектов. Время – порядок смены явлений. Св-ва: объективны, всеобщи, неразрывно связаны друг с другом и с движением материи.

3.Каковы свойства абсолютного пространства и абсолютного времени в механике Ньютона?

Метрические: пр-во – протяженность, однородность, изотропность. Время – длительность, однородность. Топологические: пр-во – непротяженность, трехмерность. Время – одномерно, непротяженно, однородно направлено, линейная упорядоченность.

Изложите кратко основные представления о пространстве и времени, которые составляют основу ньтоновской механики.

- пр-во трехмерно, евклидово

- время независимо от пр-ва

- справедлив закон инерции Галилея-Ньютона

- пространственно-временная связь любого события в разных ИСО

- справедлив принцип относительности Галилея, все законы природы (механики) одинаковы во всех ИСО

- выполняется принцип дальнодействия.

5.Какие данные науки XIX века вошли в противоречие с механикой Ньютона и привели к необходимости создания теории относительности Эйнштейна?

К концу XIX века начали накапливаться опытные факты, которые вступали в противоречие с законами классической механики. Большие затруднения возникли при попытках применить механику Ньютона к объяснению распространения света. Предположение о том, что свет распространяется в особой среде – эфире, было опровергнуто многочисленными экспериментами. Американский физик А. Майкельсон сначала самостоятельно в 1881 году, а затем совместно с Э. Морли (тоже американец) в 1887 году пытался обнаружить движение Земли относительно эфира («эфирный ветер») с помощью интерференционного опыта. Анализ результатов опыта Майкельсона–Морли и ряда других экспериментов позволил сделать вывод о том, что представления об эфире как среде, в которой распространяются световые волны, ошибочно. Следовательно, для света не существует избранной (абсолютной) системы отсчета. Движение Земли по орбите не влияет на оптические явления на Земле.Исключительную роль в развитии представлений о пространстве и времени сыграла теория Максвелла. Из теории Максвелла следует, что скорость распространения электромагнитных волн в любой инерциальной системе отсчета имеет одно и то же значение, равное скорости света в вакууме. Это значит, что уравнения, описывающие распространение электромагнитных волн, не инвариантны относительно преобразований Галилея, т.е механика Ньютона оказалась ошибочной.

Итак, на рубеже XIX и XX веков физика переживала глубокий кризис. Выход был найден Эйнштейном ценой отказа от классических представлений о пространстве и времени.

6.Чем отличается принцип относительности классической механики от предложенного в СТО? В ОТО?

Принцип относительности Галилея распространяется только на законы классической механики, СТО рассматривает также и др. законы природы (оптика, электродинамика). В ОТО принцип относительности распространяется на все движущиеся системы, а не только на инерциальные (как в СТО и классич. м-ке)

7.Каковы постулаты специальной теории относительности?

С основу СТО Эйнштейн заложил 2 постулата, которые являются обобщением опытов.

Принцип относительности: все законы природы не меняются (инвариантны) при переходе от одной ИСО в другую (равноправие всех ИСО).

Принцип инвариантности скорости света: скорость света в вакууме одинакова во всех ИСО и не зависит от движения источников и приемников света.

8. Что показывают преобразования Лоренца?

Кинематические формулы преобразования координат и времени в СТО называются преобразованиями Лоренца. Они были предложены в 1904 году еще до появления СТО как преобразования, относительно которых инвариантны уравнения электродинамики. Для случая, когда система K' движется относительно K со скоростью υ вдоль оси x, преобразования Лоренца имеют вид:

Преобразования Лоренца показывают, что при переходе от одной инерциальной системы отсчета изменяются не только пространственные координаты рассматриваемых событий, но и соответствующие им моменты времен. Из преобразования Лоренца следует, что скорость относительного движения любых инерциальных систем отсчета не может превосходить скорость света в вакууме.

Из преобразования Лоренца следует, что линейный размер тела, движущегося относительно инерциальной системы отсчета, уменьшается в направлении движения.

Из преобразований Лоренца вытекает, что при малых скоростях V<<C (по сравнению со скоростью света) они переходят в преобразования Галилея.

При v>c выражения для x, t, x΄ и t΄ теряют физический смысл, т.е. движение со скоростью, большей скорости света в вакууме, невозможно.

9.Что такое «собственная длина» стержня в СТО? Что такое «собственное время жизни» частицы в СТО?

Собственная длина стержня - длина стержня в системе отсчета, относительно которой стержень неподвижен.

Собственное время жизни частицы в СТО- отсчитываемое часами, движущимися вместе с телом.

10.Как формулируется принцип соответствия? Разберите его действие на примере механики Ньютона и СТО.

В СТО в пределе малых скоростей V<<c получаются те же следствия, что и в классической механике. Так, преобразования Лоренца переходят в преобразования Галилея, время течёт одинаково во всех системах отсчёта, кинетическая энергия становится равной mV²/2 и т.д.

Общая теория относительности даёт те же результаты, что и классическая теория тяготения Ньютона при малых скоростях V<<c и при малых значениях гравитационного потенциала Ф/с²<<1.

Принцип соответствия- постулат квантовой механики, требующий совпадений её физических следствий в предельном случае больших квантовых чисел с результатами классической теории. В Принципе соответствия проявляется тот факт, что квантовые эффекты существенны лишь при рассмотрении микрообъектов, когда величины размерности действия сравнимы с постоянной Планка ħ. Если же квантовые числа, характеризующие состояние физической системы, велики, то величиной ħ можно пренебречь и система с высокой точностью подчиняется классическим законам. С формальной точки зрения, принцип соответствия означает, что в пределе ħ → 0 квантово механическое описание физических объектов должно быть эквивалентно классическому.

Часто под принципом соответствия. понимают следующее более общее положение. Любая новая теория, претендующая на более глубокое описание физической реальности и на более широкую область применимости, чем старая, должна включать последнюю как предельный случай. Так, релятивистская механика в пределе малых скоростей (v << c) переходит в классическую. Формально переход осуществляется при с → ∞.

11.Многие процессы в повседневной жизни, многократно проверенные опытом, основы техники, небесная механика, наконец, - все это базируется на законах классической механики Ньютона. Противоречит ли этот факт теории относительности? Почему?

Нет. Специальная теория относительности, хотя она внешне и противоречит законам классической ньютоновской механики, на самом деле практически в точности воспроизводит все обычные уравнения законов Ньютона, если ее применить для описания тел, движущихся со скоростью значительно меньше, чем скорость света.

Уравнения ОТО переходят в уравнения Ньютона в предельном случае малых скоростей и слабых квазистатических гравитационных полей.

12.Каковы основные следствия из преобразований Лоренца?

1)Относительность расстояний (сокращение длины движущихся тел по сравнению с неподвижными).

L=L₀ , где L-длина тела, измеренная в неподвижной системе отсчета, L₀-собственная длина тела.

Длина тела - разница между координатами начала и конца тела, измеренных в один и тот же момент времени.

2)Относительность промежутков времени (замедление времени в движущихся СО)

∆t=∆t ₀ / , где ∆t –длительность процесса, ∆t ₀ –собственное время процесса, отсчитываемое часами, движущимися вместе с телом.

Собственное время самое короткое. Нет абсолютного времени, т.е. каждый наблюдатель имеет свой собственный масштаб времени.

3) Релятивистский закон преобразования скоростей.

V_x=(V_x′ + V) / (1+V_x′ V/с²). Если V_x′=с, то скорость света оказывается инвариантной при переходе из одной ИСО в другую.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: