- •Министерство образования республики Беларусь
- •Введение
- •Раздел 1 Механика Лекция 1 Кинематика
- •1.1 Предмет, задачи и основные понятия механики
- •1.2 Тангенциальное, нормальное и полное ускорение
- •1.3 Угловая скорость и угловое ускорение
- •1.4 Неравномерное движение по окружности
- •2.2 Силы упругости, закон Гука
- •2.1 Законы Ньютона, фундаментальные взаимодействия
- •2.2 Силы упругости, закон Гука
- •2.3 Силы трения, коэффициент трения
- •2.4 Гравитационные силы, закон всемирного тяготения
- •3.1 Законы сохранения и свойства пространства и времени
- •3.2 Импульс тела, закон сохранения импульса
- •3.3 Уравнение движения тела переменной массы
- •3.4 Формула Циолковского
- •Лекция 4 Работа и энергия, закон сохранения энергии
- •4.2 Кинетическая энергия
- •4.3 Консервативные и неконсервативные силы
- •4.4 Закон сохранения энергии в механике
- •5.1 Момент силы и момент инерции
- •5.2 Теорема Штейнера
- •5.3 Уравнение динамики вращательного движения
- •5.4 Момент импульса и закон его сохранения
- •6.1 Законы Кеплера и закон всемирного тяготения
- •6.2 Неинерциальные системы отсчета, силы инерции
- •6.3 Центробежные силы инерции
- •6.4 Сила Кориолиса
- •7.1 Колебательное движение. Виды колебаний
- •7.2 Гармонические колебания, маятники
- •7.3 Затухающие и вынужденные колебания
- •7.4 Механические волны
- •Лекция 8 Основы специальной теории относительности
- •8.1 Постулаты Эйнштейна
- •8.2 Преобразования Лоренца и следствия из них
- •8.3 Преобразование скоростей в релятивистской кинематике
- •8.4 Понятие о релятивистской динамике
- •9.1 Законы гидростатики
- •9.2 Течение жидкости, уравнение неразрывности
- •9.3 Уравнение Бернулли
- •9.4 Вязкость жидкости и методы ее измерения
- •Раздел 2 Молекулярная физика и термодинамика
- •10.1 Предмет и методы молекулярной физики
- •10.2 Основные положения мкт
- •1. Все вещества состоят из молекул, которые, в свою очередь, состоят из еще более мелких частиц – атомов.
- •2. Между молекулами одновременно действуют силы взаимного притяжения и взаимного отталкивания.
- •3. Молекулы, составляющие тело, находятся в состоянии непрерывного беспорядочного (хаотического) движения.
- •10.3 Размеры и масса молекул, количество вещества
- •10.4 Модель идеального газа
- •11.1 Основное уравнение молекулярно-кинетической теории
- •11.2 Молекулярно-кинетический смысл температуры
- •11.3 Распределение молекул по скоростям и энергиям
- •11.4 Средняя длина свободного пробега молекул
- •12.1 Уравнение состояния реальных газов
- •12.2 Внутренняя энергия реального газа
- •12.3 Свойства жидкостей и твердых тел
- •12.4 Фазовые переходы первого и второго рода
- •13.1 Внутренняя энергия и работа газа, теплоемкость
- •13.2 Первое начало термодинамики
- •13.3 Тепловые машины, цикл Карно
- •13.4 Второе и третье начало термодинамики
- •14.1 Понятие о явлениях переноса
- •14.2 Диффузия в газах
- •14.3 Вязкость газов
- •14.4 Теплопроводность газов
Лекция 8 Основы специальной теории относительности
8.1 Постулаты Эйнштейна
8.2 Преобразования Лоренца и следствия из них
8.3 Преобразование скоростей в релятивистской кинематике
8.4 Понятие о релятивистской динамике
8.1 Постулаты Эйнштейна
Все законы физики описывают, как протекают те или иные физические явления. В механике изучается механическое движение, а всякое движение можно описать с помощью пространственно-временных характеристик, так как любой объект имеет определенное положение, которое при движении изменяется со временем.
Основным принципом классической механики является принцип относительности Галилея, согласно которому все инерциальные системы отсчета равноправны по отношению к механическим явлениям. Благодаря этому равноправию формулировки законов механики во всех инерциальных системах отсчета одинаковы.
Созданная Эйнштейном теория относительности представляет собой физическую теорию пространства и времени. Все физические явления происходят в пространстве и времени, поэтому неудивительно, что внесение новых воззрений на пространственные и временные измерения затронуло всю физику.
Появление теории относительности было связано с развитием электродинамики. После того как Дж. Максвеллом во второй половине XIX в. были сформулированы основные законы электродинамики, встал вопрос о применимости механического принципа относительности к электромагнитным и оптическим явлениям. А для этого нужно было выяснить, изменяются ли основные законы электродинамики при переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой или, как и законы Ньютона, остаются неизменными (инвариантными).
Опытным путем было установлено, что основные уравнения электродинамики не являются инвариантными относительно преобразований Галилея. Согласно этим уравнениям скорость распространения электромагнитных волн в вакууме одинакова по всем направлениям и равна c = 3 · 108 м/с. Но, с другой стороны, в соответствии с классическим законом преобразования скорости, вытекающим из преобразований Галилея, скорость света может быть равна с только в одной инерциальной системе отсчета. Таким образом, между электродинамикой и классической механикой имеют место определенные противоречия. Эксперимент свидетельствует об универсальном характере принципа относительности, а преобразования Галилея удовлетворяют этому принципу в отношении законов механики и не удовлетворяют в отношении законов электродинамики и оптики. Единственно правильный выход из глубокого кризиса был найден Эйнштейном в 1905 г. ценой отказа от классических представлений о пространстве и времени и от основанных на них преобразований Галилея.
В основе теории относительности Эйнштейна лежат два твердо установленных экспериментально принципа или постулата: принцип относительности Эйнштейна и принцип постоянства скорости света.
Принцип относительности Эйнштейна является распространением механического принципа Галилея на все без исключения физические явления. Согласно этому принципу все законы природы одинаковы во всех инерциальных системах отсчета, т.е. равноправие всех инерциальных систем распространяется на все явления, всю физику.
Принцип постоянства скорости света утверждает, что скорость света в вакууме одинакова во всех инерциальных системах отсчета и не зависит от движения источников и приемников света.
Из сформулированных выше постулатов вытекает ряд важных выводов, касающихся свойств пространства и времени. В классической физике время является абсолютным: для всех систем отсчета вводится одно и то же время. Это значит, что если два события происходят одновременно для какого-нибудь наблюдателя, то они являются одновременными и для любого другого: понятие одновременности является также абсолютным, не зависящим от системы отсчета. Однако последнее утверждение находится в противоречии с принципом постоянства скорости света. Поэтому постулаты теории относительности потребовали внесения изменений в основные физические понятия, относящиеся к пространству и времени.