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第十七章狭义相对论基础

第十七章狭义相对论基础会计学1第十七章狭义相对论基础§17-2狭义相对论的基本假设§17-3狭义相对论时空观§17-4洛仑兹变换§17-5相对论的动力学问题§17-1伽利略变换和牛顿绝对时空观第1页/共65页§17-1伽利略变换与力学相对性原理Galilei’sTransformationandRelativityPrincipleofMechanics第2页/共65页1.力学相对性原理力学基本定律在所有的惯性参照系中都等效。舟行而不觉或在一个惯性参照系中无法通过任何力学实验来判断一个参照系本身是处于静止状态还是在作匀速直线运动。第3页...

会计学1第十七章狭义相对论基础§17-2狭义相对论的基本假设§17-3狭义相对论时空观§17-4洛仑兹变换§17-5相对论的动力学问题§17-1伽利略变换和牛顿绝对时空观第1页/共65页§17-1伽利略变换与力学相对性原理Galilei’sTransformationandRelativityPrincipleofMechanics第2页/共65页1.力学相对性原理力学基本定律在所有的惯性参照系中都等效。舟行而不觉或在一个惯性参照系中无法通过任何力学实验来判断一个参照系本身是处于静止状态还是在作匀速直线运动。第3页/共65页第4页/共65页2.伽利略变换2.1事件与参照系事件：有明确的地点与时间的一件事：P(x,y,z,t)参照系：不同参照系对同一事件发生的地点和时间的测量结果一般不同。例：Pi(xi,yi,zi,ti)物体的运动可视为一系列事件的集合。第5页/共65页2.2伽利略坐标变换utxxPzzOOxyyx第6页/共65页2.3伽利略速度变换牛顿力学满足伽利略变换下的不变性电磁理论不满足伽利略变换下的不变性第7页/共65页3.牛顿的绝对时空观第8页/共65页时间：是一种自然的流逝。“绝对的真实的数学时间，就其本质而言，是永远均匀地流逝着，与外界事物无关。”绝对时空观：空间：是一种物质运动的场所。“绝对的空间就其本质而言与外界事物无关，它从不运动，并且永远不变。”第9页/共65页§17-2狭义相对论的基本假设BasichypothesesofSpecialRelativity第10页/共65页1.光的速度与迈克尔逊－莫雷实验问题：c是相对于哪一个参照系的速度？1.1光的速度第11页/共65页以太说：宇宙中弥漫着一种无所不在的媒质，万物（包括光）相对于该媒质运动。以太实际上被认为是一种绝对空间。若以太存在，对地球上的观察者来，不同方向的光速应不同。1.1以太说与迈克尔逊-莫雷实验第12页/共65页迈克尔逊—莫雷实验：实验结果是否定的！“我的实验竟然对相对论这个怪物的诞生起了作用，我对此感到十分遗憾。”第13页/共65页第14页/共65页2.2相对性原理：2.1光速不变假设2.狭义相对论的基本假设一切物理定律在所有的惯性系中都等效。——物理定律的数学表达式在所有的惯性系中具有相同的形式。在所有的惯性系中,真空中的光速恒为c，与光源或观察者的运动无关。伽里略变换与光速不变性假设不相符。狭义相对论的基本假设否定了绝对空间的存在。第15页/共65页§17-3狭义相对论的时空观Space-timeViewofSpecialRelativity第16页/共65页1.“同时”的相对性A2l0BAB2lu第17页/共65页在一个参照系中测得同时发生的两个事件，在另一个参照系中测得未必同时发生，相对论中同时只有相对的意义。结论：第18页/共65页第19页/共65页2.时间量度的相对性dMCdCMu第20页/共65页结论：1）运动的钟变慢：2）运动参照系中所有物理过程的节奏都变漫了。第21页/共65页第22页/共65页第23页/共65页3.长度量度的相对性llu第24页/共65页结论：1）运动的尺变短：2）运动参照系中所有物体沿运动方向的尺度缩短了。第25页/共65页第26页/共65页第27页/共65页例17-1父与子：第28页/共65页第29页/共65页例17-2尽快获知有无外星人的“好办法”：某外星M离地球2万光年（即光从地球传播到该外星需2万年时间），某宇航员以速度u从地球出发驶向该外星。假设宇航员估计自己还能活100年，问：该宇航员是否可能在有生之年抵达外星？若可能，其速度u至少为多大？第30页/共65页第31页/共65页§17-4洛仑兹变换LorentzTransformation第32页/共65页1.洛伦兹坐标变换yyutxxPzzOOxSS第33页/共65页考虑到横向长度不变，得：——洛伦兹坐标变换第34页/共65页2．洛伦兹速度变换第35页/共65页结论：洛伦兹速度变换满足光速不变性的假设。第36页/共65页3．由洛伦兹变换讨论相对论时空3.1时间量度的相对性xyOSx1x2t1t2yOxS第37页/共65页3.2长度量度的相对性xyOSx1x2t1t1yOxS第38页/共65页3.3“同时”的相对性yOxSxyOSx1x2t1t2第39页/共65页3.4事件的先后顺序与因果律yOxSxyOSx1x2t1t2——事件的先后顺序可能倒置。——由因果关系事件先后顺序不可能倒置！第40页/共65页例17-3谁先动手：在一节长为100米的车厢里，A在车厢尾，B在车厢头。火车以0.6c的速度驶过一个站台时，站台上的人先看到A向B开枪，过了0.125微秒后，B向A开枪。问：在车上的乘客看来，是谁先开枪？两人开枪的时间差为多少？第41页/共65页解：第42页/共65页例17-4在地面上测到有两个飞船分别以0.9c和-0.9c的速度向相反方向飞行。求此一飞船相对于另一飞船的速度多大？解：第43页/共65页例17-5在太阳参考系中观察，一束星光垂直射向地面．速率为c，而地球以速率u垂直于光线运动。求在地面上测量，这束星光的速度的大小与方向各如何？第44页/共65页解：第45页/共65页§17-5相对论的动力学基础BasisofRelativisticDynamics第46页/共65页1．经典动力学及其局限性第47页/共65页第48页/共65页1.2经典动力学的局限性：局限性：高速运动时不能适用，不满足相对性原理，即不满足洛仑兹变换下的不变性。经典动力学的改造：2）重修定义相关物理量，物理定律不变。1）改造物理定律，物理量的定义不变；第49页/共65页2．相对论的质量与动量2.1相对论的质量2.2相对论的动量第50页/共65页m1m2v1v2yOxS（a）碰撞前v-vmOxymuSV=um1+m2OxSy（b）碰撞后u2mV=0xOyS第51页/共65页推导过程：第52页/共65页第53页/共65页3.相对论的能量动能：总能：静能：第54页/共65页推导过程：第55页/共65页第56页/共65页第57页/共65页大亚湾核电站第58页/共65页4.相对论动力学基本方程第59页/共65页第60页/共65页第61页/共65页第62页/共65页第63页/共65页第64页/共65页

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