АдукацыяКаледжы і універсітэты

Рэлятывісцкая маса часціцы

У 1905 годзе Альберт Эйнштэйн апублікаваў сваю тэорыю адноснасці, якая некалькі змяніла ўяўленне навукі аб навакольным свеце. Зыходзячы з яго здагадак была атрымана формула рэлятывісцкай масы.

Спецыяльная тэорыя адноснасці

Уся сутнасць заключаецца ў тым, што ў сістэмах, якія рухаюцца адносна адзін аднаго, любыя працэсы працякаюць некалькі па-рознаму. Канкрэтна гэта выяўляецца, напрыклад, у павелічэнні масы з павелічэннем хуткасці. Калі хуткасць руху сістэмы значна менш хуткасці святла (υ << c = 3 × 10 8), то гэтыя змены практычна не будуць прыкметныя, так як яны будуць імкнецца да нуля. Аднак калі хуткасць руху блізкая да хуткасці святла (напрыклад, роўная адной дзесятай ад яе), то такія паказчыкі, як маса цела, яго даўжыня і час любога працэсу, зменяцца. З дапамогай наступных формул магчыма разлічыць гэтыя значэнні ў якая рухаецца сістэме адліку, у тым ліку - маса рэлятывісцкай часціцы.

Тут l 0, m 0 і t 0 - даўжыня цела, яго маса і час працэсу ў нерухомай сістэме, а υ - хуткасць руху аб'екта.

Па тэорыі Эйнштэйна, ні адно цела не здольна развіваць хуткасць вялікую, чым хуткасць святла.

маса спакою

Пытанне масы спакою рэлятывісцкай часціцы ўзнікае менавіта ў тэорыі адноснасці, калі маса цела або часціцы пачынае змяняцца ў залежнасці ад хуткасці. Адпаведна, масай супакою называецца маса цела, якое ў момант вымярэння змяшчаецца ў спакоі (пры адсутнасці руху), гэта значыць хуткасць яго раўняецца нулю.

Рэлятывісцкая маса цела з'яўляецца адным з асноўных параметраў пры апісанні руху.

прынцып адпаведнасці

Пасля з'яўлення тэорыі адноснасці Эйнштэйна спатрэбіўся некаторы перагляд якая выкарыстоўваецца ў плыні некалькіх стагоддзяў механікі Ньютана, якая ўжо не магла выкарыстоўвацца пры разглядзе сістэм адліку, якія рухаюцца з хуткасцю, параўнальнай з хуткасцю святла. Таму спатрэбілася змяніць усе ўраўненні дынамікі, выкарыстоўваючы пераўтварэння Лорэнца - змяненне каардынат цела або кропкі і часу працэсу пры пераходзе паміж інерцыйных сістэмамі адліку. Апісанне дадзеных пераўтварэнняў грунтуецца на тым, што ў кожнай інерцыяльнай сістэме адліку ўсе фізічныя законы працуюць аднолькава і раўнапраўна. Такім чынам, законы прыроды ніякім чынам не залежаць ад выбару сістэмы адліку.

З пераўтварэнняў Лорэнца і выяўляецца асноўны каэфіцыент рэлятывісцкай механікі, які апісаны вышэй і названы літарай α.

Сам прынцып адпаведнасці досыць просты - ён кажа пра тое, што любая новая тэорыя ў нейкім пэўным прыватным выпадку будзе даваць тыя ж вынікі, што і папярэдняя. Канкрэтна ў рэлятывісцкай механіцы гэта адбіваецца тым фактам, што пры хуткасцях, якія шмат менш хуткасці святла, выкарыстоўваюцца законы класічнай механікі.

рэлятывісцкая часціца

Рэлятывісцкай часціцай называецца часціца, якая рухаецца з хуткасцю, параўнальнай з хуткасцю святла. Іх рух апісваецца спецыяльнай тэорыяй адноснасці. Існуе нават група часціц, існаванне якіх магчыма толькі пры руху з хуткасцю святла - такія называюцца часціцамі без масы або проста безмассовыми, так як у стане спакою іх маса раўняецца нулю, таму гэта унікальныя часціцы, якія не маюць ніякага аналагічнага варыянту ў нерэлятывісцкай, класічнай механіцы .

Гэта значыць, маса спакою рэлятывісцкай часціцы можа раўняцца нулю.

Часціцу можна назваць рэлятывісцкай, калі яе кінэтычная энергія можа быць параўнальная з энергіяй, якая выражаецца наступнай формулай.

Дадзеная формула абумоўлівае ўмова неабходнай хуткасці.

Энергія часціцы таксама можа быць і больш сваёй энергіі спакою - такія называюць ультрарелятивистскими.

Для апісання руху падобных часціц выкарыстоўваецца квантавая механіка ў агульным выпадку і квантавая тэорыя поля для больш шырокага апісання.

з'яўленне

Падобныя часціцы (і рэлятывісцкі, і ультрарелятивистские) у натуральным выглядзе існуюць толькі ў касмічным выпраменьванні, то ёсць выпраменьванне, крыніца якога знаходзіцца па-за Зямлёй, электрамагнітнай прыроды. Чалавекам ж яны штучна ствараюцца ў спецыяльных паскаральніках - з дапамогай іх жа былі знойдзены некалькі дзесяткаў відаў часціц, і дадзены спіс пастаянна абнаўляецца. Падобнай устаноўкай з'яўляецца, напрыклад, Вялікі Адронны Калайдер, які знаходзіцца ў Швейцарыі.

Якія з'яўляюцца пры β-распадзе электроны таксама могуць часам дасягаць дастатковай хуткасці для таго, каб аднесці іх да класа рэлятывісцкіх. Рэлятывісцкая маса электрона таксама можа быць знойдзены па ўказаных формулах.

паняцце масы

Маса ў механіцы Ньютана валодае некалькімі абавязковымі ўласцівасцямі:

  • Гравітацыйнае прыцягненне тэл ўзнікае з-за іх масы, гэта значыць непасрэдна залежыць ад яе.
  • Маса цела не залежыць ад выбару сістэмы адліку і не змяняецца пры яе змене.
  • Інерцыя цела вымяраецца яго масай.
  • Калі цела знаходзіцца ў сістэме, у якой не адбываюцца ніякія працэсы і якая з'яўляецца замкнёнай, то яго маса практычна не будзе мяняцца (акрамя дыфузійнай перадачы, якая ў цвёрдых тэл адбываецца вельмі павольна).
  • Маса састаўнога цела складаецца з мас асобных яго частак.

прынцыпы адноснасці

  • Прынцып адноснасці Галілея.

Дадзены прынцып быў сфармуляваны для нерэлятывісцкай механікі і выяўляецца наступным чынам: па-за залежнасці ад таго, ці знаходзіцца сістэмы ў стане спакою ці ж здзяйсняюць яны які-небудзь рух, усе працэсы ў іх працякаюць аднолькава.

  • Прынцып адноснасці Эйнштэйна.

Дадзены прынцып грунтуецца на двух пастулатах:

  1. Прынцып адноснасці Галілея выкарыстоўваецца і ў дадзеным выпадку. Гэта значыць, у любы СА абсалютна ўсе законы прыроды працуюць аднолькава.
  2. Хуткасць святла абсалютна заўсёды і ва ўсіх сістэмах адліку аднолькавая, па-за залежнасці ад хуткасці руху крыніцы святла і экрана (прымача святла). Для доказу дадзенага факту быў праведзены шэраг эксперыментаў, якія цалкам пацвердзілі першапачатковую здагадку.

Маса ў рэлятывісцкай і ў ньютоновской механікі

  • У адрозненне ад механікі Ньютана, у рэлятывісцкай тэорыі маса не можа з'яўляцца мерай колькасці матэрыялу. Ды і сама рэлятывісцкая маса вызначаецца некаторым больш шырокім спосабам, пакідаючы магчымым растлумачыць, напрыклад, існаванне часціц без масы. У рэлятывісцкай механікі асаблівая ўвага надаецца хутчэй энергіі, чым масе - гэта значыць асноўным фактарам, вызначальным якое-небудзь цела або элементарную часціцу, з'яўляецца яго энергія ці ж імпульс. Імпульс магчыма знайсці па наступнай формуле.

  • Аднак пры гэтым маса спакою часціцы з'яўляецца вельмі важнай характарыстыкай - яе значэнне з'яўляецца вельмі невялікім і нестабільным лікам, таму да вымярэнням падыходзяць з максімальнай хуткасцю і акуратнасцю. Энергію спакою часціцы можна знайсці па наступнай формуле.

  • Аналагічна тэорыям Ньютана, у ізаляванай сістэме маса цела з'яўляецца пастаяннай, гэта значыць, не змяняецца з часам. Таксама не мяняецца яна і пры пераходзе ад адной СА да іншай.
  • Не існуе абсалютна ніякай меры інэрцыі рухаецца цела.
  • Рэлятывісцкая маса які рухаецца цела ня вызначаецца уздзеяннем на яго гравітацыйнымі сіламі.
  • Калі маса цела роўная нуля, то яно абавязкова павінна рухацца з хуткасцю святла. Адваротнае зацвярджэнне няправільна - хуткасці святла могуць дасягаць не толькі безмассовые часціцы.
  • Поўную энергію релятивисткой часціцы магчыма з дапамогай наступнага выказвання:

Прырода масы

Да некаторага часу ў навуцы лічылася, што маса любой часціцы абумоўлена электрамагнітнай прыродай, аднак да цяперашняга моманту стала вядома, што такім чынам магчыма растлумачыць толькі малую яе частка - асноўнай жа ўклад уносіцца прыродай моцных узаемадзеянняў, якія ўзнікаюць з-за глюёнаў. Аднак дадзеным спосабам немагчыма растлумачыць масу дзясятка часціц, прырода якой усё яшчэ ня быў высветлены.

Рэлятывісцкай павелічэнне масы

Вынік ўсіх апісаных вышэй тэарэм і законаў можна выказаць у досыць зразумелай, хоць і дзіўным працэсе. Калі адно цела рухаецца адносна іншага з якой-небудзь хуткасцю, то яго параметры і параметры тэл, якія знаходзяцца ўнутры, калі першапачатковае цела ўяўляе сабой сістэму, змяняюцца. Безумоўна, на малых хуткасцях гэта практычна не будзе прыкметна, аднак дадзены эфект усё роўна будзе прысутнічаць.

Можна прывесці просты прыклад - іншае заканчэнне часу ў які рухаецца з хуткасцю 60 км / г цягніку. Тады па наступнай формуле разлічваецца каэфіцыент змены параметраў.

Дадзеная формула таксама была апісана вышэй. Падставіўшы усе дадзеныя ў яе (пры c ≈ 1 × 10 9 кіламетраў / г), атрымаецца наступны вынік:

Відавочна, што змяненне надзвычай мала і не мяняе паказчыкі гадзін так, каб гэта было заўважна.

Similar articles

 

 

 

 

Trending Now

 

 

 

 

Newest

Copyright © 2018 be.delachieve.com. Theme powered by WordPress.