1. Моя освіта – реферати, конспекти, доповіді
  2. Фізика
  3. Швидкість і складання швидкостей в релятивістській механіці

Швидкість і складання швидкостей в релятивістській механіці

Основні закони класичної механіки були сформульовані ще за часів Ісаака Ньютона. Це було в 17 столітті, і вони довгий час залишалися невід’ємною частиною фізики як науки і предмета вивчення. Закони Ньютона встановлювали основні поняття і принципи класичної механіки. Вони пояснювали природу всіх видимих ​​фізичних явищ і кілька століть вважалися непогрішними, що входять в єдину систему знань.

Так було аж до кінця 19 століття, коли почали формуватися нові знання про навколишню дійсність, взаємодії надмалих частинок. Подібні факти ніяк не вкладалися в уже сформовану систему законів, рамки необхідно було розширювати, однак звичними методами цього зробити не вдалося. В якості альтернативного уявлення про існуючих і документально підтверджених фізичні процеси почала розвиватися нова наука в рамках вже існуючої. Вона отримала назву квантової механіки.

За допомогою неї вчені і експериментатори змогли пояснити багато електродинамічні процеси, а також сформувати нові уявлення про властивості простору і часу. У цей час зародилася теорія відносності, яка до сих пір є однією з найточніших формулювань, що визначають існування і розвиток фізичного простору, матерії.

Зародження релятивістської механіки

Обмеженість багатьох класичних догм і правил максимально точно зміг довести релятивістський закон складання швидкостей. Ньютонівські закони залишилися недоторканими в тій частині, де вони стосуються конкретних прикладів і рішення задач, однак вони не в повній мірі можуть довести багато процесів і явища на різних рівнях сприйняття і вивчення буття. Головним чином основні принципи законів Ньютона спрямовані на невеликі швидкості.

Одним з яскравих прикладів може послужити легке завдання, де необхідно обчислити відносну швидкість двох об’єктів. Тоді вірно застосування методу складання швидкостей двох об’єктів один щодо одного. Але якщо розглядати фізичні процеси на атомному рівні, то стає зрозуміло, що класична механіка тут зовсім не буде застосовна. У світі високих швидкостей існують фотони і нейтрино. Ці елементарні частинки здатні переміщатися з іншого інтенсивністю і існують в навколишньому світі за іншими правилами. Тут активно застосовується релятивістська механіка, а точніше релятивістський закон складання швидкостей. Раніше представлений приклад абсолютно не може застосовуватися в якості способу розрахунку. Вчені відсилають нас до спеціальної теорії відносності. У ньому записано, що будь-який об’єкт у Всесвіті не може рухатися швидше за швидкість світла. Ці об’єкти лише можуть наблизитися до параметрів швидкості світла, але не перевищать їх.

Релятивістський закон додавання швидкостей

На представленій вище таблиці відображений релятивістський закон складання швидкостей. Передбачається, що при наявності двох систем відліку, швидкість невизначеного об’єкта щодо яких V_1 і V_2, необхідно використовувати для вірних розрахунків зазначену формулу незалежно від значення певних величин. У тих випадках, коли величини швидкості об’єктів набагато менше швидкості світла, знаменник в правій частині рівності практично дорівнює 1. Тоді формула релятивистского закону складання швидкостей може мати вигляд звичайної, де V_2 = V_1 + V. У тих випадках, коли V_1 = C, де C – це швидкість світла, при будь-якому значенні V  і  V_2  не перевищує цю величину. Таким чином, підсумок також виявиться рівним C В фізиці величина C характеризується, як фундаментальна константа при розрахунках, і вона приблизно дорівнює 300 000 000 метрів в секунду. Ця величина не може змінюватися.

Принципи спеціальної теорії відносності

Основи спеціальної теорії відносності, на яких виростає вся релятивістська механіка, почали зароджуватися в кінці 19 і початку 20 століть. Їх засновниками стали:

  • Альберт Ейнштейн;
  • Анрі Пуанкаре;
  • Хендрік Антон Лоренц.

Сама релятивістська теорія була представлена ​​науковому співтовариству ще в 1905 році. Ця робота відомого фізика Ейнштейна була присвячена детальному опису подій, які відбуваються в різних системах відліку. У ній розглядалося поведінку електромагнітних полів, хвиль, частинок, об’єктів під час їх руху. Він порівнював показники зі швидкістю світла як з фундаментальним параметром, величиною. Згідно з таким поданням ставало зрозуміло, як відбувається подібна взаємодія на надвисоких швидкостях, проте в ті часи подібні теорії не піддавалися фактичному вивченню і лабораторному підтвердження, тому квантова механіка довгий час залишалася за рамками основних уявлень в науці.

Знаменитий фізик зупинився на описі поведінки інших параметрів. Він порівнював їх з розміром фізичних тіл і їх мас в певних умовах. Так зароджувалися принципово нові уявлення про існування матерії, простору-часу. Ейнштейн ввів поняття рівноправності різних інерційних систем відліку. Він представляв подібності процесів, які протікали в них.

Згідно з іншим основним правилом релятивістської механіки існує принципово інший варіант складання швидкостей. Закон додавання швидкостей передбачає:

  • подання навколишнього простору у вигляді порожнечі, в якій взаємодіє все інше;
  • час в просторі визначається у вигляді хронології деяких подій і процесів.

Фізики того часу вперше стали використовувати термін четвертого виміру, а час і простір з’єднали воєдино.

Закон додавання швидкостей в релятивістській трактуванні зміг підтвердити Хендрік Антон Лоренц. Його перетворення в вивченні даного розділу фізики сформулювали основні математичні формули.

Його математичні співвідношення займають головне місце в теорії відносності. Вони служать для перетворення координат і часу, де основну роль грає четвертий вимір, який називається простором-часом. Потім теорію відносності зіставив з власними розрахунками Анрі Пуанкаре. Він запозичив у свого колеги Лоренца деякі ідеї і довів за допомогою ряду формул неможливість подолання сверхсветових швидкостей. З їх допомогою можна пізнати і на математичному рівні довести можливість уповільнення часу і інші поки теоретичні знання про процеси, що відбуваються на швидкостях близьких до швидкості світла.

ПОДІЛИТИСЯ: