rumah » Penyakit pembuluh darah » Presentasi teori relativitas khusus dan umum Einstein. Presentasi dengan topik "teori relativitas khusus"

Presentasi teori relativitas khusus dan umum Einstein. Presentasi dengan topik "teori relativitas khusus"

Daftar Isi 1. Lahirnya Teori 2. Prinsip Relativitas 3. Transformasi Galilea 4. Transformasi Lorentz 5. Teori Relativitas Khusus 6. Penciptaan SRT 7. Teori Relativistik 8. Postulat Einstein 9. Hakikat SRT 10. Akibat SRT “Kereta Einstein” “Paradoks Kembar” 11. Unsur dinamika relativistik 12. Teori relativitas umum 13. Prinsip dasar teori relativitas umum Perlunya teori gravitasi relativistik Prinsip persamaan massa gravitasi dan inersia Ruang-waktu relativitas umum dan prinsip kesetaraan yang kuat 14. Persamaan Einstein 15. Akibat utama relativitas umum 16. Masalah relativitas umum Masalah energi Relativitas umum dan fisika kuantum 17. Eksperimen yang menguatkan teori relativitas umum

Lahirnya Teori Fisikawan besar Jerman Albert Einstein () tinggal di Jerman hingga tahun 1933, kemudian di Amerika Serikat. Anggota dari banyak akademi sains, anggota kehormatan Akademi Ilmu Pengetahuan Uni Soviet, penerima Hadiah Nobel pada tahun 1921. Kontribusi Einstein yang luar biasa terhadap sains adalah penciptaan teori relativitas. Pada tahun 1905 ia menerbitkan teori relativitas khusus atau parsial dalam bentuk yang hampir lengkap.

Prinsip relativitas G. Galileo menetapkan bahwa semua fenomena mekanis dalam berbagai sistem inersia berlangsung dengan cara yang sama, yaitu. tidak ada eksperimen mekanis yang dilakukan “di dalam” sistem inersia tertentu yang dapat menentukan apakah sistem ini diam atau bergerak lurus dan beraturan. Posisi ini disebut prinsip relativitas Galileo. Prinsip relativitas Galileo adalah generalisasi dari berbagai eksperimen. Menurut prinsip Galileo, semua sistem referensi yang bergerak secara seragam dan lurus terhadap sistem referensi inersia juga bersifat inersia. Suatu sistem yang bergerak dengan percepatan relatif terhadap sistem inersia disebut non-inersia.

Transformasi Galilea Untuk kasus-kasus ketika pergerakan suatu benda perlu dijelaskan dalam kerangka acuan lain, kita akan menemukan rumus untuk mengubah koordinat ketika berpindah dari satu kerangka acuan inersia ke kerangka acuan lainnya. Mari kita asumsikan bahwa sistem inersia K´ bergerak dengan kecepatan v sepanjang sumbu OX relatif terhadap sistem inersia lainnya K. Untuk mempermudah, kita asumsikan bahwa sumbu koordinat sistem K dan K´ pada momen waktu awal t=t´ =0 bertepatan. Misalkan titik material P diam terhadap sistem K. Posisinya dalam sistem K dicirikan oleh vektor jari-jari r atau koordinat x, y, z. Sehubungan dengan sistem K´, titik ini bergerak dan posisinya dalam sistem K´ dicirikan oleh vektor jari-jari r´ atau koordinat x´, y´, z´. z´z v, t v x 0 0´ YKY´K´ x´ x,X´ hal. t=t´. Waktu dalam kerangka acuan inersia K dan K´ mengalir secara identik, jamnya disinkronkan, yaitu. t=t´.

Hubungan antara vektor jari-jari r ´ dan r pada titik P yang sama pada sistem K dan K ´ berbentuk r ´ = r – vt. Hubungan ini dapat dituliskan untuk masing-masing koordinat kartesius. Dengan mempertimbangkan fakta bahwa t=t´, kita memperoleh: x ´ = x – vt, y´ = y, z´ = z, t´= t. Persamaan ini disebut transformasi Galilea langsung. Jika titik material P stasioner pada sistem K´, maka persamaan geraknya dalam sistem K dapat ditulis menggunakan transformasi Galilea terbalik: r = r´ + vt, x = x ´ + vt, y = y ´, z = z´.

Transformasi Lorentz Transformasi Galilea didasarkan pada asumsi bahwa sinkronisasi jam dilakukan dengan menggunakan sinyal yang merambat secara instan. Namun sinyal seperti itu sebenarnya tidak ada. Adanya batas atas kecepatan rambat sinyal menyebabkan rumus transformasi lain yang memungkinkan, dari koordinat dan waktu kejadian sembarang yang ditemukan dalam kerangka inersia tertentu K, untuk mencari koordinat kejadian yang sama dalam kerangka inersia lainnya. K ´, bergerak relatif terhadap K searah sumbu x lurus dan beraturan dengan kecepatan v:

Sejumlah konsekuensi mengikuti transformasi Lorentz. Secara khusus, hal ini menyiratkan efek relativistik dari pelebaran waktu dan kontraksi panjang Lorentzian. Misalkan, pada suatu titik x" dari sistem K" suatu proses berlangsung dengan durasi τ 0 = t" 2 – t" 1 (waktu yang tepat), dimana t"1 dan t2 adalah pembacaan jam dalam K" pada awal dan akhir proses. Durasi τ dari proses ini dalam sistem K akan sama.Hal ini dapat ditunjukkan bahwa pengurangan panjang relativistik mengikuti transformasi Lorentz.

Teori Relativitas Khusus Teori Relativitas Khusus (SRT), yaitu teori relativitas khusus, teori yang menggantikan mekanika Newton dalam menggambarkan gerak benda dengan kecepatan mendekati kecepatan cahaya. Pada kecepatan rendah, perbedaan hasil mekanika SRT dan Newton menjadi tidak signifikan.

Penciptaan SRT Teori relativitas khusus dikembangkan pada awal abad ke-20 melalui upaya G. A. Lorentz, A. Poincaré dan A. Einstein. Masalah prioritas dalam penciptaan STR masih bisa diperdebatkan: ketentuan utama dan perangkat matematika lengkap dari teori tersebut, termasuk sifat-sifat grup transformasi Lorentz, pertama kali dirumuskan dalam bentuk abstrak oleh A. Poincaré dalam karyanya “On the Dynamics of the elektron” berdasarkan hasil G. A. Lorentz sebelumnya, dan turunan abstrak eksplisit dari dasar teori transformasi Lorentz, dari postulat awal minimum, diberikan oleh A. Einstein dalam karyanya yang hampir bersamaan “Tentang elektrodinamika gerak media." Terdapat artikel terpisah mengenai hal ini di Wikipedia berbahasa Inggris.

Teori Relativistik Pada tahun 1905, Einstein menerbitkan sebuah artikel "Tentang Elektrodinamika Benda Bergerak", di mana ia merumuskan ketentuan utama teori relativistiknya - teori relativitas khusus. Teori ini, dengan mempertimbangkan bahwa semua sistem koordinat inersia sepenuhnya sama dalam kaitannya dengan fenomena mekanis dan elektromagnetik, dan kecepatan cahaya adalah invarian di semua sistem referensi inersia, menyelesaikan kontradiksi fisika klasik dengan memuat pandangan baru tentang ruang dan waktu. Einstein meletakkan dua postulat sebagai dasar teori relativitas khusus: 1. Prinsip relativitas Einstein. Persamaan yang menyatakan hukum alam bersifat invarian (tidak berubah) terhadap transformasi koordinat dan waktu dari satu kerangka acuan inersia ke kerangka acuan inersia lainnya. 2. Prinsip keteguhan kecepatan cahaya. Kecepatan cahaya dalam ruang hampa adalah sama pada semua kerangka acuan inersia dan tidak bergantung pada pergerakan sumber atau penerima cahaya. Kecepatan cahaya dalam ruang hampa selalu konstan dan sama dengan km/s; ini adalah kecepatan rambat maksimum sinyal apa pun. 2. Prinsip keteguhan kecepatan cahaya. Kecepatan cahaya dalam ruang hampa adalah sama pada semua kerangka acuan inersia dan tidak bergantung pada pergerakan sumber atau penerima cahaya. Kecepatan cahaya dalam ruang hampa selalu konstan dan sama dengan km/s; ini adalah kecepatan rambat maksimum sinyal apa pun.

Postulat Einstein STR didasarkan pada dua postulat, yang merupakan generalisasi dari hukum yang ditetapkan secara eksperimental. 1. Dalam kerangka acuan inersia mana pun, semua fenomena fisik berlangsung dengan cara yang sama (prinsip relativitas Einstein). Prinsip relativitas Einstein merupakan generalisasi dari prinsip relativitas Galileo yang menyatakan kesamaan fenomena mekanik pada semua kerangka acuan inersia. 2. Kecepatan cahaya tidak bergantung pada kecepatan sumber di semua kerangka acuan inersia. Rumusan postulat kedua bisa lebih luas: “Kecepatan cahaya adalah konstan di semua kerangka acuan inersia.” Verifikasi eksperimental postulat STR sampai batas tertentu diperumit oleh masalah filosofis: kemungkinan menulis persamaan apa pun teori dalam bentuk invarian, terlepas dari isi fisiknya, dan kesulitan menafsirkan konsep “panjang”, “waktu” dan “kerangka acuan inersia” dalam kondisi efek relativistik.

Esensi SRT Konsekuensi dari postulat SRT adalah transformasi Lorentz, yang menggantikan transformasi Galilea untuk gerak “klasik” non-relativistik. Transformasi ini menghubungkan koordinat dan waktu kejadian yang sama yang diamati dari sistem referensi inersia yang berbeda. Teori relativitas khusus telah menerima banyak konfirmasi eksperimental dan merupakan teori yang benar tanpa syarat dalam bidang penerapannya. Teori relativitas khusus tidak lagi berfungsi pada skala seluruh Alam Semesta, begitu pula dalam kasus medan gravitasi yang kuat, yang digantikan oleh teori yang lebih umum, teori relativitas umum. Teori relativitas khusus juga berlaku di dunia mikro; sintesisnya dengan mekanika kuantum adalah teori medan kuantum.

Konsekuensi SRT Pada akhir abad ke-19. Perkembangan ilmu fisika telah memunculkan kesadaran akan kontradiksi dan ketidaksesuaian tiga ketentuan dasar mekanika klasik: kecepatan cahaya di ruang kosong selalu konstan, terlepas dari pergerakan sumber atau penerima cahaya; kecepatan cahaya di ruang kosong selalu konstan, terlepas dari pergerakan sumber atau penerima cahaya; dalam dua sistem koordinat yang bergerak lurus dan beraturan relatif satu sama lain, semua hukum alam benar-benar sama, dan tidak ada cara untuk mendeteksi gerak lurus dan beraturan mutlak (prinsip relativitas); dalam dua sistem koordinat yang bergerak lurus dan beraturan relatif satu sama lain, semua hukum alam benar-benar sama, dan tidak ada cara untuk mendeteksi gerak lurus dan beraturan mutlak (prinsip relativitas); koordinat dan kecepatan diubah dari satu sistem inersia ke sistem inersia lainnya sesuai dengan transformasi Galilea klasik. koordinat dan kecepatan diubah dari satu sistem inersia ke sistem inersia lainnya sesuai dengan transformasi Galilea klasik. Albert Einstein mengilustrasikan kontradiksi yang muncul dengan eksperimen pemikiran yang disebut “Kereta Einstein”: Albert Einstein mengilustrasikan kontradiksi yang muncul dengan eksperimen pemikiran yang disebut “Kereta Einstein”:

Bayangkan seorang pengamat bepergian dengan kereta api dan mengukur kecepatan cahaya yang dipancarkan ke arah kereta dengan lampu jalan di pinggir jalan, yaitu. bergerak dengan kecepatan c dalam sistem referensi - jalur kereta api relatif terhadap pergerakan kereta dengan kecepatan v. Berapa kecepatan cahaya relatif terhadap kereta yang bergerak? Itu sama dengan w = c-v. Itu. Ternyata kecepatan cahaya berbeda-beda terhadap sistem acuan inersia yang berbeda, yang dalam hal ini adalah rel kereta api dan mobil yang bergerak. Dan ini, di satu sisi, bertentangan dengan prinsip relativitas, yang menyatakan bahwa proses fisik terjadi secara merata di semua kerangka acuan inersia; sebaliknya, ke posisi tentang kecepatan cahaya yang konstan, karena Telah dibuktikan secara andal bahwa kecepatan cahaya tidak bergantung pada kecepatan sumber cahaya dan sama di semua kerangka acuan inersia. Ini terbatas dan merupakan batas kecepatan propagasi sinyal apa pun."

“Paradoks Gemini” Dari teori relativitas khusus, tidak hanya relativitas simultanitas dua peristiwa yang terjadi pada titik berbeda dalam ruang, tetapi juga relativitas pengukuran panjang dan interval waktu yang dilakukan dalam sistem referensi berbeda yang bergerak relatif terhadap masing-masing peristiwa. lainnya. Artinya, jarak antara dua titik material (panjang benda) dan lamanya proses-proses yang terjadi di dalam benda bukanlah nilai mutlak, melainkan nilai relatif. Ketika bergerak mendekati kecepatan cahaya, waktu melambat, semua proses yang terjadi dalam sistem, termasuk organisme hidup, melambat, perubahan - dimensi longitudinal (sepanjang pergerakan) benda berkurang. Contoh dalam hal ini disebut “paradoks kembar”. Dari kedua anak kembar tersebut, astronot yang kembali ke Bumi akan lebih muda dari saudaranya yang tetap di Bumi, karena di pesawat luar angkasa yang bergerak dengan kecepatan luar biasa, laju waktu melambat dan semua proses berlangsung lebih lambat dibandingkan di Bumi. Paradoks kembar telah dikonfirmasi secara eksperimental. Namun, pengaruh dilatasi waktu sangat kecil (v 0 / s

Seperti halnya mekanika kuantum, banyak prediksi teori relativitas yang berlawanan dengan intuisi, tampak luar biasa dan mustahil. Namun hal ini tidak berarti teori relativitas salah. Pada kenyataannya, cara kita melihat (atau ingin melihat) dunia di sekitar kita dan dunia sebenarnya bisa sangat berbeda. Selama lebih dari satu abad, para ilmuwan di seluruh dunia telah mencoba menyangkal SRT. Tak satu pun dari upaya ini yang dapat menemukan kekurangan sedikit pun dalam teori tersebut. Fakta bahwa teori tersebut benar secara matematis dibuktikan dengan bentuk matematis yang ketat dan kejelasan semua rumusan. Fakta bahwa SRT benar-benar menggambarkan dunia kita dibuktikan dengan pengalaman eksperimental yang luas. Banyak konsekuensi dari teori ini yang digunakan dalam praktik. Jelaslah bahwa semua upaya untuk menyangkal SRT pasti akan gagal, jika hanya karena teori itu sendiri didasarkan pada tiga postulat Galileo (yang agak diperluas), yang menjadi dasar dibangunnya mekanika Newton, serta pada postulat tambahan. tentang keteguhan kecepatan cahaya di semua sistem referensi . Keempatnya tidak menimbulkan keraguan. Selain itu, keakuratan verifikasinya sangat tinggi sehingga keteguhan kecepatan cahaya menjadi dasar penentuan meter suatu satuan panjang, akibatnya kecepatan cahaya menjadi konstan secara otomatis jika pengukuran dilakukan di sesuai dengan persyaratan metrologi.

Elemen dinamika relativistik Semua persamaan yang menggambarkan hukum alam harus invarian dalam transformasi Lorentz. Pada saat SRT diciptakan, teori yang memenuhi kondisi ini sudah ada - ini adalah elektrodinamika Maxwell. Namun persamaan mekanika klasik Newton ternyata non-invarian pada transformasi Lorentz, oleh karena itu SRT memerlukan revisi dan klarifikasi hukum mekanika. Einstein mendasarkan revisi ini pada persyaratan terpenuhinya hukum kekekalan momentum dan hukum kekekalan energi dalam sistem tertutup. Agar hukum kekekalan momentum terpenuhi di semua kerangka acuan inersia, ternyata definisi momentum suatu benda perlu diubah. Alih-alih impuls klasik dalam SRT, impuls relativistik suatu benda bermassa m yang bergerak dengan kecepatan ditulis dalam bentuk

Momentum relativistik suatu benda dapat dianggap sebagai hasil kali massa relativistik suatu benda dan kecepatan geraknya. Massa relativistik m suatu benda bertambah seiring bertambahnya kecepatan menurut hukum di mana m adalah massa diam benda, V adalah kecepatan geraknya. di mana m adalah massa diam suatu benda, V adalah kecepatan geraknya. Ketika ekspresi momentum menjadi seperti yang digunakan dalam mekanika Newton, dimana m dipahami sebagai massa diam (m=m o), karena perbedaan antara m dan m o tidak signifikan.

Hukum proporsionalitas massa dan energi merupakan salah satu kesimpulan terpenting SRT. Massa dan energi merupakan dua sifat materi yang berbeda. Massa suatu benda mencirikan kelembamannya, serta kemampuan benda untuk melakukan interaksi gravitasi dengan benda lain. Sifat energi yang paling penting adalah kemampuannya untuk diubah dari satu bentuk ke bentuk lain dalam jumlah yang setara selama berbagai proses fisik - inilah isi hukum kekekalan energi. Proporsionalitas massa dan energi merupakan ekspresi esensi internal materi. Rumus Einstein E 0 = mc 2 mengungkapkan hukum dasar alam, yang biasa disebut hukum hubungan massa dan energi. untuk partikel diam (p = 0) E = E 0 = mc 2 Partikel seperti ini disebut tak bermassa. Untuk partikel tak bermassa, hubungan antara energi dan momentum dinyatakan dengan hubungan sederhana E = pc.

Teori relativitas umum Pada tahun-tahun. teori relativitas umum diciptakan, yang menggabungkan ilmu pengetahuan modern tentang ruang dan waktu dengan teori gravitasi. Dalam hal skala revolusi yang dicapai Einstein dalam fisika, ia sering disamakan dengan Newton. Teori relativitas umum (GTR) adalah teori fisika ruang-waktu dan gravitasi, berdasarkan prinsip eksperimental kesetaraan massa gravitasi dan inersia serta asumsi hubungan linier antara massa dan efek gravitasi yang ditimbulkannya.

Prinsip Dasar Teori Relativitas Umum Perlunya Teori Gravitasi Relativistik Teori gravitasi Newton didasarkan pada konsep gravitasi, yaitu gaya jarak jauh yang bekerja seketika pada jarak berapa pun. Sifat aksi sesaat ini tidak sesuai dengan paradigma lapangan fisika modern, dan, khususnya, dengan teori relativitas khusus, yang diturunkan oleh Einstein, Poincaré, dan Lorentz pada tahun 1905. Memang benar, dalam teori ini, tidak ada informasi yang bisa menyebar lebih cepat daripada kecepatan cahaya di ruang hampa. Dengan prinsip invariansi hukum alam, yang sifat universalnya dianut oleh Einstein, para ilmuwan memulai “pencarian Cawan Suci” berupa teori gravitasi yang sesuai dengan teori tersebut. Hasil pencarian ini adalah teori relativitas umum yang didasarkan pada prinsip identitas massa gravitasi dan inersia.

Prinsip persamaan massa gravitasi dan inersia Dalam mekanika klasik Newton, ada dua konsep massa: yang pertama mengacu pada hukum kedua Newton, dan yang kedua mengacu pada hukum gravitasi universal. Massa inersia pertama (atau inersia) adalah rasio gaya non-gravitasi yang bekerja pada benda dengan percepatannya. Massa gravitasi kedua (atau, kadang-kadang disebut, berat) menentukan gaya tarik-menarik suatu benda oleh benda lain dan gaya tarik-menariknya sendiri. Secara umum, kedua massa ini diukur, seperti terlihat dari uraiannya, dalam berbagai percobaan, dan oleh karena itu tidak harus proporsional satu sama lain sama sekali. Proporsionalitasnya yang ketat memungkinkan kita untuk berbicara tentang satu massa benda baik dalam interaksi non-gravitasi maupun gravitasi. Dengan pemilihan satuan yang sesuai, massa-massa ini dapat dibuat setara satu sama lain. Terkadang prinsip persamaan massa gravitasi dan inersia disebut prinsip kesetaraan lemah. Albert Einstein mendasarkannya pada teori relativitas umum.

GR ruang-waktu dan prinsip kesetaraan yang kuat Seringkali diyakini secara keliru bahwa dasar teori relativitas umum adalah prinsip kesetaraan medan gravitasi dan inersia, yang biasanya dirumuskan sebagai berikut: “Sebuah sistem fisik yang cukup kecil berlokasi dalam medan gravitasi tidak dapat dibedakan perilakunya dari sistem yang sama yang terletak dalam kerangka acuan yang dipercepat (relatif terhadap kerangka acuan inersia), yang terbenam dalam ruang-waktu datar dari teori relativitas khusus.” Terkadang prinsip yang sama dipostulasikan sebagai “validitas lokal relativitas khusus” atau disebut “prinsip kesetaraan kuat”.

Secara historis, prinsip ini sangat berperan besar dalam perkembangan teori relativitas umum dan digunakan oleh Einstein dalam perkembangannya. Namun, dalam bentuk teori yang paling final, hal tersebut sebenarnya tidak dimuat, karena ruang-waktu, baik dalam kerangka acuan dipercepat maupun dalam kerangka acuan asli dalam teori relativitas khusus, adalah bidang datar tidak melengkung, dan dalam teori relativitas umum. ia dilengkungkan oleh benda mana pun dan kelengkungannya itulah yang menyebabkan tarikan gravitasi benda. Demikian pula, nama “teori relativitas umum” tidak sepenuhnya benar. Ini hanyalah salah satu dari banyak teori gravitasi yang saat ini sedang dipertimbangkan oleh para fisikawan, sementara relativitas khusus secara praktis diterima secara umum oleh komunitas ilmiah dan menjadi landasan dasar fisika modern.

Pentingnya GTR bagi gambaran fisik dunia modern Jika SRT menghubungkan ruang dan waktu bersama-sama, maka GTR membentuk hubungan tritunggal: ruang-waktu-materi. Inti dari hubungan ini dijelaskan oleh Einstein sendiri: “Dulu diyakini bahwa jika semua materi lenyap dari Alam Semesta, maka ruang dan waktu akan tetap terjaga; teori relativitas menyatakan bahwa bersama dengan materi, baik ruang maupun waktu akan lenyap.” Jika STR menghubungkan ruang dan waktu bersama-sama, maka GRT membentuk koneksi tritunggal: ruang-waktu-materi. Inti dari hubungan ini dijelaskan oleh Einstein sendiri: “Dulu diyakini bahwa jika semua materi lenyap dari Alam Semesta, maka ruang dan waktu akan tetap terjaga; teori relativitas menyatakan bahwa bersama dengan materi, baik ruang maupun waktu akan lenyap.” Teori relativitas sepenuhnya meninggalkan konsep ruang, waktu dan materi yang ada dalam fisika klasik. Tidak hanya semua pengukuran dalam ruang dan waktu bersifat relatif (karena bergantung pada pergerakan pengamat), tetapi juga struktur ruang-waktu itu sendiri, yang ditentukan oleh distribusi materi di Alam Semesta. Dan karena materi tersebar tidak merata di Alam Semesta, ruang menjadi melengkung dan waktu mengalir dengan kecepatan berbeda di berbagai bagian Alam Semesta. Teori relativitas sepenuhnya meninggalkan konsep ruang, waktu dan materi yang ada dalam fisika klasik. Tidak hanya semua pengukuran dalam ruang dan waktu bersifat relatif (karena bergantung pada pergerakan pengamat), tetapi juga struktur ruang-waktu itu sendiri, yang ditentukan oleh distribusi materi di Alam Semesta. Dan karena materi tersebar tidak merata di Alam Semesta, ruang menjadi melengkung dan waktu mengalir dengan kecepatan berbeda di berbagai bagian Alam Semesta.

Konsekuensi utama dari relativitas umum Konsekuensi pertama yang diprediksi dan diverifikasi secara eksperimental dari teori relativitas umum adalah tiga efek klasik, yang tercantum di bawah ini dalam urutan kronologis verifikasi pertamanya: 1. Pergeseran tambahan pada perihelion orbit Merkurius dibandingkan dengan prediksi dari Newtonian mekanika. 2. Pembelokan berkas cahaya pada medan gravitasi Matahari. 3. Pergeseran merah gravitasi atau, yang sama, pelebaran waktu dalam medan gravitasi.

Soal Relativitas Umum Soal Energi Karena energi, dari sudut pandang fisika matematika, adalah besaran yang kekal karena homogenitas waktu, dan dalam teori relativitas umum, tidak seperti relativitas khusus, secara umum, waktu tidak homogen, maka Hukum kekekalan energi yang dapat dinyatakan dalam GTR hanya bersifat lokal, yaitu dalam GTR tidak ada besaran yang setara dengan energi dalam STR sehingga integralnya terhadap ruang tetap kekal ketika bergerak melintasi waktu. GTR dan fisika kuantum Masalah utama GTR dari sudut pandang modern adalah ketidakmungkinan membangun model medan kuantum dengan cara kanonik. Kesulitan dalam menerapkan program relativitas umum semacam itu ada tiga: pertama, transisi dari Hamiltonian klasik ke kuantum bersifat ambigu, karena operator variabel dinamis tidak saling berpindah-pindah; kedua, medan gravitasi termasuk dalam jenis medan dengan koneksi, yang struktur ruang fase klasiknya cukup kompleks, dan kuantisasinya dengan metode paling langsung tidak mungkin dilakukan; ketiga, dalam relativitas umum tidak ada arah waktu yang jelas, sehingga sulit untuk mengisolasinya dan menimbulkan masalah dalam menafsirkan solusi yang dihasilkan.

Eksperimen yang membenarkan teori relativitas umum Menguji prinsip kesetaraan Karena teori gravitasi Einstein didasarkan pada prinsip kesetaraan, mengujinya dengan akurasi setinggi mungkin adalah tugas eksperimental yang paling penting. L. Eotvos, dengan menggunakan timbangan torsi, membuktikan keabsahan prinsip ekivalensi dengan akurasi 10 -8, R. Dicke dan rekan-rekannya membawa keakuratannya, dan V.B. Braginsky dan stafnya - hingga

Pembelokan seberkas cahaya pada bidang Matahari Salah satu konfirmasi eksperimental tidak langsung terhadap relativitas umum adalah pembelokan seberkas cahaya pada bidang Matahari. Dari percobaan diketahui bahwa medan elektromagnetik berinteraksi dengan medan gravitasi. Kami mengukur waktu ketika kami berhenti melihat bintang ini (percobaan ini dilakukan selama gerhana matahari total) dan mengekstrak sudut pancaran cahaya dari garis lurus. Dari teori, sudut defleksi Matahari sama dengan: Dimana adalah jari-jari gravitasi Matahari, parameter tumbukan (dalam percobaan ini, kira-kira sama dengan jari-jari Matahari)

Penundaan sinyal di medan Matahari Eksperimen tidak langsung lainnya yang mengkonfirmasi relativitas umum adalah penundaan sinyal di medan Matahari.Sinyal dikirim ke Venus dan waktu kedatangan sinyal kembali dicatat. Nilai waktu yang diperlukan sinyal untuk bergerak maju mundur dalam medan Matahari (benda gravitasi mendistorsi ruang-waktu) berbeda dengan nilai jika tidak ada Matahari (ruang bebas - tidak ada distorsi).

Selama lebih dari 80 tahun, teori Einstein telah menunjukkan keselarasan, keekonomian konstruksi, dan keindahannya yang luar biasa. Saat ini, terdapat banyak eksperimen dan observasi yang mengkonfirmasi kebenaran teori relativitas umum Einstein dan tidak ada fenomena fisik teramati yang bertentangan dengannya. Oleh karena itu, relativitas umum lebih mungkin benar daripada tidak. Mengerjakan teori ini tidaklah mudah. Einstein menulis: “Mengingat pengetahuan yang telah dicapai, pencapaian sukses ini atau itu tampaknya hampir terbukti dengan sendirinya, dan setiap siswa yang kurang lebih melek huruf dapat memahami esensinya tanpa banyak kesulitan. Namun bertahun-tahun pencarian yang melelahkan dalam kegelapan, dipenuhi dengan hasrat yang menggebu-gebu akan kebenaran, perubahan dalam keyakinan dan kekecewaan, dan, akhirnya, penerbitan karya – hanya mereka yang telah mengalami semua ini sendiri yang dapat memahami hal ini.”

Teori relativitas khusus SRT (STR) adalah teori yang menjelaskan gerak, hukum mekanika, dan hubungan ruang-waktu pada kecepatan gerak sembarang yang kurang dari kecepatan cahaya dalam ruang hampa, termasuk yang mendekati kecepatan cahaya. Dalam kerangka relativitas khusus, mekanika Newton klasik adalah pendekatan kecepatan rendah. Generalisasi STR untuk medan gravitasi disebut teori relativitas umum.Relativitas khusus (STR) adalah teori yang menjelaskan gerak, hukum mekanika, dan hubungan ruang-waktu pada kecepatan gerak sembarang yang kurang dari kecepatan cahaya dalam ruang hampa. , termasuk yang mendekati kecepatan cahaya. Dalam kerangka relativitas khusus, mekanika Newton klasik adalah pendekatan kecepatan rendah. Generalisasi STR untuk medan gravitasi disebut relativitas umum. Penyimpangan jalannya proses fisika dari prediksi mekanika klasik yang dijelaskan oleh teori relativitas khusus disebut efek relativistik, dan kecepatan di mana efek tersebut menjadi signifikan disebut kecepatan relativistik. mekanika klasik yang dijelaskan oleh teori relativitas khusus disebut efek relativistik, dan kecepatan yang dijelaskan oleh teori relativitas khusus, di mana efek tersebut menjadi kecepatan relativistik yang signifikan.

Dari sejarah stasiun layanan. Teori relativitas khusus dikembangkan pada awal abad ke-20 melalui upaya G. A. Lorentz, A. Poincaré, A. Einstein dan ilmuwan lainnya. Dasar eksperimental pembuatan SRT adalah eksperimen Michelson. Hasilnya tidak terduga untuk fisika klasik pada masanya: kemandirian kecepatan cahaya dari arah (isotropi) dan gerak orbit Bumi mengelilingi Matahari. Upaya untuk menafsirkan hasil ini pada awal abad ke-20 mengakibatkan revisi konsep klasik dan mengarah pada terciptanya teori relativitas khusus. Teori relativitas khusus dikembangkan pada awal abad ke-20 melalui upaya G. A. Lorentz, A. Poincaré, A. Einstein dan ilmuwan lainnya. Dasar eksperimental pembuatan SRT adalah eksperimen Michelson. Hasilnya tidak terduga untuk fisika klasik pada masanya: kemandirian kecepatan cahaya dari arah (isotropi) dan gerak orbit Bumi mengelilingi Matahari. Upaya untuk menafsirkan hasil ini pada awal abad ke-20 mengakibatkan revisi konsep klasik dan mengarah pada terciptanya teori relativitas khusus.

Saat bergerak dengan kecepatan mendekati kecepatan cahaya, hukum dinamika berubah. Hukum kedua Newton, yang menghubungkan gaya dan percepatan, harus dimodifikasi untuk benda yang kecepatannya mendekati kecepatan cahaya. Selain itu, ekspresi momentum dan energi kinetik benda memiliki ketergantungan yang lebih kompleks pada kecepatan dibandingkan dalam kasus nonrelativistik. Saat bergerak dengan kecepatan mendekati kecepatan cahaya, hukum dinamika berubah. Hukum kedua Newton, yang menghubungkan gaya dan percepatan, harus dimodifikasi untuk benda yang kecepatannya mendekati kecepatan cahaya. Selain itu, ekspresi momentum dan energi kinetik benda memiliki ketergantungan yang lebih kompleks pada kecepatan dibandingkan dalam kasus nonrelativistik.

Konsep dasar SRT. Sistem referensi mewakili suatu benda material tertentu yang dipilih sebagai awal dari sistem ini, metode untuk menentukan posisi benda relatif terhadap awal sistem referensi, dan metode untuk mengukur waktu. Biasanya perbedaan dibuat antara sistem referensi dan sistem koordinat. Menambahkan prosedur untuk mengukur waktu ke sistem koordinat "mengubahnya" menjadi sistem referensi. Sistem referensi adalah suatu benda material tertentu yang dipilih sebagai asal sistem ini, suatu metode untuk menentukan posisi benda relatif terhadap asal referensi. sistem, dan metode untuk mengukur waktu. Biasanya perbedaan dibuat antara sistem referensi dan sistem koordinat. Menambahkan prosedur pengukuran waktu ke sistem koordinat “mengubahnya” menjadi sistem referensi. Sistem acuan inersia (IRS) adalah suatu sistem yang relatif terhadap suatu benda, yang tidak terkena pengaruh luar, bergerak secara seragam dan lurus. secara seragam dan lurus. Peristiwa adalah setiap proses fisik yang dapat dilokalisasi dalam ruang dan mempunyai durasi yang sangat singkat. Dengan kata lain, suatu peristiwa sepenuhnya dicirikan oleh koordinat (x, y, z) dan waktu t. Peristiwa adalah setiap proses fisik yang dapat dilokalisasi dalam ruang dan mempunyai durasi yang sangat singkat. Dengan kata lain peristiwa tersebut sepenuhnya dicirikan oleh koordinat (x, y, z) dan waktu t.

Biasanya dua sistem inersia S dan S dipertimbangkan." Waktu dan koordinat suatu kejadian yang diukur relatif terhadap sistem S dilambangkan sebagai (t, x, y, z), dan koordinat serta waktu kejadian yang sama diukur relatif terhadap sistem tersebut. Sistem S ditetapkan sebagai (t" , x", y", z"). Mudah untuk mengasumsikan bahwa sumbu koordinat sistem sejajar satu sama lain dan sistem S" bergerak sepanjang sumbu x dari sistem S dengan kecepatan v. Salah satu permasalahan STR adalah mencari relasi yang menghubungkan (t ", x", y", z") dan (t, x, y, z), yang disebut transformasi Lorentz.

1 prinsip relativitas. Semua hukum alam adalah invarian terhadap transisi dari satu kerangka acuan inersia ke kerangka acuan inersia lainnya (berjalan secara identik di semua kerangka acuan inersia). Semua hukum alam adalah invarian terhadap transisi dari satu kerangka acuan inersia ke kerangka acuan inersia lainnya (berjalan secara identik di semua kerangka acuan inersia). Ini berarti bahwa dalam semua sistem inersia, hukum fisika (bukan hanya hukum mekanis) mempunyai bentuk yang sama. Dengan demikian, prinsip relativitas mekanika klasik digeneralisasikan pada semua proses di alam, termasuk proses elektromagnetik. Prinsip umum ini disebut prinsip relativitas Einstein. Ini berarti bahwa dalam semua sistem inersia, hukum fisika (bukan hanya hukum mekanis) mempunyai bentuk yang sama. Dengan demikian, prinsip relativitas mekanika klasik digeneralisasikan pada semua proses di alam, termasuk proses elektromagnetik. Prinsip umum ini disebut prinsip relativitas Einstein.

2 prinsip relativitas. Kecepatan cahaya dalam ruang hampa tidak bergantung pada kecepatan pergerakan sumber cahaya atau pengamat dan sama pada semua kerangka acuan inersia. Kecepatan cahaya dalam ruang hampa tidak bergantung pada kecepatan pergerakan sumber cahaya atau pengamat dan sama pada semua kerangka acuan inersia. Kecepatan cahaya menempati posisi khusus dalam SRT. Ini adalah kecepatan maksimum transmisi interaksi dan sinyal dari satu titik di ruang angkasa ke titik lainnya. Kecepatan cahaya menempati posisi khusus dalam SRT. Ini adalah kecepatan maksimum transmisi interaksi dan sinyal dari satu titik di ruang angkasa ke titik lainnya.

SERATUS. SRT memungkinkan untuk menyelesaikan semua masalah fisika “pra-Einstein” dan menjelaskan hasil eksperimen yang “kontradiksi” di bidang elektrodinamika dan optik yang dikenal pada saat itu. Selanjutnya, STR didukung oleh data eksperimen yang diperoleh dari mempelajari pergerakan partikel cepat dalam akselerator, proses atom, reaksi nuklir, dll. SRT memungkinkan untuk menyelesaikan semua masalah fisika “pra-Einstein” dan menjelaskan hasil yang “kontradiksi” eksperimen di bidang elektrodinamika dan optik yang dikenal pada saat itu. Selanjutnya, STR didukung oleh data eksperimen yang diperoleh dari mempelajari pergerakan partikel cepat dalam akselerator, proses atom, reaksi nuklir, dll.

Contoh. Pada saat waktu t = 0, ketika sumbu koordinat dua sistem inersia K dan K" bertepatan, kilatan cahaya jangka pendek terjadi pada titik asal koordinat yang sama. Selama waktu t, sistem akan bergeser relatif satu sama lain. dengan jarak υt, dan muka gelombang bola di setiap sistem akan memiliki jari-jari ct, karena sistemnya sama dan kecepatan cahaya di masing-masing sistem sama dengan c. Dari sudut pandang pengamat di sistem K, pusat bola berada di titik O, dan dari sudut pandang pengamat sistem K" bola akan berada di titik O". Pada momen waktu t = 0, ketika sumbu koordinat dua sistem inersia K dan K" bertepatan, kilatan cahaya jangka pendek terjadi di titik asal yang sama. Selama waktu t, sistem akan bergeser relatif satu sama lain dengan jarak υt, dan muka gelombang bola di setiap sistem akan memiliki jari-jari ct, karena sistemnya sama dan kecepatan cahaya di masing-masing sistem sama dengan c. Dari sudut pandang pengamat sistem K, pusat bola berada di titik O, dan dari sudut pandang pengamat sistem K, pusat bola berada di titik O."

Penjelasan kontradiksi. Untuk menggantikan transformasi Galilea, SRT mengusulkan rumus transformasi lain ketika berpindah dari satu sistem inersia ke sistem inersia lainnya - yang disebut transformasi Lorentz, yang pada kecepatan gerak mendekati kecepatan cahaya memungkinkan kita menjelaskan semua efek relativistik, dan pada kecepatan rendah ( kamu

POSTULAT (dari bahasa Latin postulatum persyaratan), suatu posisi (penilaian, pernyataan) yang diterima dalam kerangka suatu kelas. ilmiah teori sebagai benar karena bukti dan oleh karena itu memainkan peran aksioma dalam teori ini (bersama dengan aksioma logika). Misalnya, prinsip relativitas Galileo-Nevsky dan prinsip keteguhan kecepatan cahaya dalam mekanika relativistik. pernyataan penilaian

Postulat Einstein Postulat Einstein Dalam karyanya, Einstein, tanpa satu pun eksperimen baru, setelah menganalisis dan menggeneralisasi fakta-fakta eksperimental yang sudah diketahui, untuk pertama kalinya menguraikan gagasan teori relativitas, yang secara radikal mengubah gagasan umum tentang sifat-sifat ruang dan waktu. Dalam karyanya, Einstein, tanpa satu pun eksperimen baru, setelah menganalisis dan menggeneralisasi fakta-fakta eksperimental yang sudah diketahui, untuk pertama kalinya menguraikan gagasan teori relativitas, yang secara radikal mengubah gagasan umum tentang sifat-sifat ruang dan waktu. Teori relativitas Einstein terdiri dari dua bagian: relativitas khusus dan umum. Pada tahun 1905, Einstein menerbitkan gagasan dasar teori relativitas parsial atau khusus, yang mempertimbangkan sifat-sifat ruang dan waktu yang valid dalam kondisi ketika gravitasi benda dapat diabaikan, yaitu. menganggap medan gravitasinya "dapat diabaikan. Teori relativitas, yang mempelajari sifat-sifat ruang dan waktu dalam medan gravitasi kuat, disebut teori relativitas umum. Prinsip-prinsip teori relativitas umum digariskan oleh Einstein 10 tahun kemudian teori privat, pada tahun 1915. Teori relativitas Einstein terdiri dari dua bagian: teori relativitas parsial dan umum. Pada tahun 1905, Einstein menerbitkan gagasan dasar teori relativitas parsial atau khusus, yang mempertimbangkan sifat-sifat ruang dan waktu yang valid dalam kondisi ketika gravitasi benda dapat diabaikan, yaitu dianggap medan gravitasi dapat diabaikan. Teori relativitas yang mempelajari sifat-sifat ruang dan waktu dalam medan gravitasi kuat disebut relativitas umum. Prinsip relativitas umum diuraikan oleh Einstein 10 tahun lebih lambat dari teori relativitas umum, yaitu pada tahun 1915.

Teori relativitas khusus Einstein didasarkan pada dua postulat, yaitu. pernyataan yang diterima sebagai kebenaran dalam kerangka teori ilmiah tertentu tanpa pembuktian (dalam matematika, pernyataan seperti itu disebut aksioma). Teori relativitas khusus Einstein didasarkan pada dua postulat, yaitu. pernyataan yang diterima sebagai kebenaran dalam kerangka teori ilmiah tertentu tanpa pembuktian (dalam matematika, pernyataan seperti itu disebut aksioma). 1 Postulat atau prinsip relativitas Einstein: semua hukum alam adalah invarian terhadap semua kerangka acuan inersia. Semua fenomena fisika, kimia, biologi terjadi secara merata di semua kerangka acuan inersia. 1 Postulat atau prinsip relativitas Einstein: semua hukum alam adalah invarian terhadap semua kerangka acuan inersia. Semua fenomena fisika, kimia, biologi terjadi secara merata di semua kerangka acuan inersia. Postulat ke-2 atau prinsip keteguhan kecepatan cahaya: kecepatan cahaya dalam ruang hampa adalah konstan dan sama terhadap kerangka acuan inersia apa pun. Itu tidak bergantung pada kecepatan sumber cahaya atau kecepatan penerimanya. Tidak ada benda material yang bisa bergerak lebih cepat dari kecepatan cahaya di ruang hampa. Apalagi pi satu partikel materi, yaitu. sebuah partikel dengan massa diam selain nol tidak dapat mencapai kecepatan cahaya dalam ruang hampa; hanya partikel medan yang dapat bergerak dengan kecepatan seperti itu, mis. partikel yang massa diamnya sama dengan nol. Postulat ke-2 atau prinsip keteguhan kecepatan cahaya: kecepatan cahaya dalam ruang hampa adalah konstan dan sama terhadap kerangka acuan inersia apa pun. Itu tidak bergantung pada kecepatan sumber cahaya atau kecepatan penerimanya. Tidak ada benda material yang bisa bergerak lebih cepat dari kecepatan cahaya di ruang hampa. Apalagi pi satu partikel materi, yaitu. sebuah partikel dengan massa diam selain nol tidak dapat mencapai kecepatan cahaya dalam ruang hampa; hanya partikel medan yang dapat bergerak dengan kecepatan seperti itu, mis. partikel yang massa diamnya sama dengan nol.

Anda sedang mengerjakan Menganalisis postulat pertama Einstein, kita melihat bahwa Einstein memperluas cakupan prinsip relativitas Galileo, memperluasnya ke fenomena fisik apa pun, termasuk fenomena elektromagnetik. Postulat Einstein 1 secara langsung mengikuti eksperimen Michelson-Morley, yang membuktikan tidak adanya kerangka acuan absolut di alam. Dari hasil percobaan ini mengikuti postulat ke-2 Einstein tentang keteguhan kecepatan cahaya dalam ruang hampa, yang bagaimanapun juga bertentangan dengan postulat pertama jika kita memperluas fenomena elektromagnetik tidak hanya prinsip relativitas Galilea itu sendiri, tetapi juga prinsip Galilea. aturan untuk menambahkan kecepatan, yang mengikuti aturan Galileo -va untuk transformasi koordinat (lihat paragraf 10). Akibatnya, transformasi Galileo untuk koordinat dan waktu, serta aturannya untuk menambahkan kecepatan pada fenomena elektromagnetik tidak dapat diterapkan.Menganalisis postulat pertama Einstein, kita melihat bahwa Einstein memperluas cakupan prinsip relativitas Galileo, memperluasnya ke fenomena fisik apa pun, termasuk yang elektromagnetik. Postulat Einstein 1 secara langsung mengikuti eksperimen Michelson-Morley, yang membuktikan tidak adanya kerangka acuan absolut di alam. Dari hasil percobaan ini mengikuti postulat ke-2 Einstein tentang keteguhan kecepatan cahaya dalam ruang hampa, yang bagaimanapun juga bertentangan dengan postulat pertama jika kita memperluas fenomena elektromagnetik tidak hanya prinsip relativitas Galilea itu sendiri, tetapi juga prinsip Galilea. aturan untuk menambahkan kecepatan, yang mengikuti aturan Galileo -va untuk transformasi koordinat (lihat paragraf 10). Akibatnya, transformasi Galileo untuk koordinat dan waktu, serta aturannya untuk menambahkan kecepatan, tidak berlaku untuk fenomena elektromagnetik.

Geser 2

Pekerjaan rumah No.1

G.N. Stepanova. Fisika-11, bagian 1 hal.130 – Pendahuluan § 28 – mengetahui : Apa wujud dari relativitas gerak mekanik Prinsip relativitas Galileo Hakikat dan prinsip percobaan Michelson Postulat STR § 29 – mengetahui : Arti dan rumus konsekuensi kinematik SRT Dari koleksi www.eduspb .com

Geser 3

Teori relativitas khusus (atau khusus) (STR)

adalah teori fisika modern tentang ruang dan waktu. Seiring dengan mekanika kuantum, SRT berfungsi sebagai landasan teori fisika dan teknologi modern. SRT sering disebut teori relativistik, dan fenomena spesifik yang dijelaskan oleh teori ini disebut efek relativistik. Efek ini paling jelas terlihat pada kecepatan benda mendekati kecepatan cahaya dalam ruang hampa c ≈ 3·108 m/s. Dari koleksi www.eduspb.com

Geser 4

Pencipta STO

Teori relativitas khusus diciptakan oleh A. Einstein (1905). Pendahulu Einstein, yang hampir memecahkan masalah ini, adalah fisikawan Belanda H. Lorentz dan fisikawan Prancis terkemuka A. Poincaré. Kontribusi signifikan diberikan oleh D. Larmore, D. Fitzgerald, dan ahli matematika G. Minkowski. Dari koleksi www.eduspb.com

Geser 5

Albert Einstein (14.III.1879–18.IV.1955)

Fisikawan teoretis, salah satu pendiri fisika modern. Lahir di Jerman, sejak tahun 1893 ia tinggal di Swiss, dan pada tahun 1933 ia beremigrasi ke Amerika Serikat. Pada tahun 1905, karya ilmiah serius pertamanya diterbitkan, yang ditujukan untuk gerak Brown: “Tentang gerak partikel yang tersuspensi dalam fluida diam, yang dihasilkan dari teori kinetik molekuler.” Pada tahun yang sama, karya Einstein lainnya, “On a Heuristic Point of View on the Origin and Transformation of Light,” diterbitkan. Mengikuti Max Planck, ia mengusulkan bahwa cahaya dipancarkan dan diserap secara terpisah, dan mampu menjelaskan efek fotolistrik. Karya ini dianugerahi Hadiah Nobel (1921). Teori relativitas, yang pertama kali ia presentasikan pada tahun 1905, dalam artikelnya “On the Electrodynamics of Moving Bodies,” membawa ketenaran terbesar bagi Einstein. Dari koleksi www.eduspb.com

Geser 6

Hendrik Anton Lorentz (18.VII.1853–4.II.1898)

Fisikawan teoretis Belanda, pencipta teori elektron klasik. Bekerja di bidang elektrodinamika, termodinamika, optik, teori radiasi, fisika atom. Berdasarkan teori elektromagnetik Maxwell – Hertz dan memperkenalkan atomisme ke dalam doktrin listrik, ia menciptakan (1880–1909) teori elektronik klasik berdasarkan analisis pergerakan muatan listrik diskrit. Ia memperoleh rumus yang menghubungkan konstanta dielektrik dengan massa jenis dielektrik, dan ketergantungan indeks bias suatu zat terhadap massa jenisnya (rumus Lorentz – Lorentz), memberikan ekspresi gaya yang bekerja pada muatan bergerak dalam medan magnet. (Gaya Lorentz), menjelaskan ketergantungan konduktivitas listrik suatu zat terhadap konduktivitas termal, mengembangkan teori dispersi cahaya. Untuk menjelaskan eksperimen Michelson-Morley (1892), ia mengajukan hipotesis tentang pengecilan ukuran benda searah geraknya (kontraksi Lorentz). Pada tahun 1904 ia menurunkan rumus yang menghubungkan koordinat spasial dan momen waktu dari peristiwa yang sama dalam dua sistem referensi inersia yang berbeda (transformasi Lorentz). Mempersiapkan transisi ke teori relativitas. Dari koleksi www.eduspb.com

Geser 7

Henri Poincare (Poincare) (29.IV.1854–17.VII.1912)

Matematikawan dan fisikawan Perancis. Karya utama tentang topologi, teori probabilitas, teori persamaan diferensial, teori fungsi automorfik, geometri non-Euclidean. Ia mempelajari fisika matematika, khususnya teori potensial, teori konduktivitas termal, serta memecahkan berbagai masalah di bidang mekanika dan astronomi. Pada tahun 1905 ia menulis esai “Tentang Dinamika Elektron”, yang di dalamnya, secara independen dari A. Einstein, ia mengembangkan konsekuensi matematis dari “postulat relativitas”. Dari koleksi www.eduspb.com

Geser 8

Prinsip relativitas dan transformasi Galileo.

hukum dinamika adalah sama di semua kerangka acuan inersia. Prinsip ini berarti bahwa hukum dinamika adalah invarian (yaitu, tidak berubah) terhadap transformasi Galilea, yang memungkinkan untuk menghitung koordinat benda yang bergerak dalam satu sistem inersia (K), jika koordinat benda tersebut diberikan dalam sistem inersia lain (K"). Dalam kasus tertentu, ketika sistem K" bergerak dengan kecepatan υ sepanjang arah positif sumbu x sistem K, transformasi Galilea berbentuk: x = x" + υxt, y = kamu", z = z", t = t". Pada saat awal, sumbu koordinat kedua sistem bertepatan. Dari koleksi www.eduspb.com

Geser 9

Konsekuensi dari transformasi Galileo adalah hukum transformasi kecepatan ketika berpindah dari satu sistem referensi ke sistem referensi lainnya: υx = υ"x + υ, υy = υ"y, υz = υ"z. Percepatan benda dalam semua sistem inersia ternyata sama, sehingga persamaan gerak mekanika klasik tidak berubah wujudnya ketika berpindah dari satu sistem inersia ke sistem inersia lainnya.Dari kumpulan www.eduspb.com

Geser 10

Postulat SRT

Teori relativitas khusus didasarkan pada dua postulat (atau prinsip) yang dirumuskan oleh Einstein pada tahun 1905. Prinsip-prinsip ini merupakan generalisasi dari seluruh rangkaian fakta eksperimental. Dari koleksi www.eduspb.com

Geser 11

Prinsip relativitas Einstein:

semua hukum alam adalah invarian terhadap transisi dari satu kerangka acuan inersia ke kerangka acuan inersia lainnya. Ini berarti bahwa dalam semua sistem inersia, hukum fisika (bukan hanya hukum mekanis) mempunyai bentuk yang sama. Dari koleksi www.eduspb.com

Geser 12

Prinsip keteguhan kecepatan cahaya:

kecepatan cahaya dalam ruang hampa tidak bergantung pada kecepatan gerak sumber cahaya atau pengamat dan sama pada semua kerangka acuan inersia. Kecepatan cahaya menempati posisi khusus dalam SRT. Ini adalah kecepatan maksimum transmisi interaksi dan sinyal dari satu titik di ruang angkasa ke titik lainnya. Dari koleksi www.eduspb.com

Geser 13

Prinsip korespondensi N. Bohr

teori baru (SRT) tidak menolak mekanika klasik lama Newton, tetapi hanya memperjelas batas penerapannya. Hubungan antara teori lama dan teori baru yang lebih umum, termasuk teori lama sebagai kasus pembatas, disebut prinsip korespondensi. Dari koleksi www.eduspb.com

Geser 14

Eksperimen Michelson dan Morley

Albert Michelson (XII 19, 1852 – VV 9, 1931) Fisikawan Amerika. Pada tahun 1878–82 dan 1924–26 ia melakukan pengukuran kecepatan cahaya, yang untuk waktu yang lama akurasinya tetap tak tertandingi. Pada tahun 1881 ia secara eksperimental membuktikan dan, bersama dengan E. W. Morley (1885–87), menegaskan dengan sangat akurat independensi kecepatan cahaya dari kecepatan Bumi. Morley Edward Williams (29.I.1839–1923) fisikawan Amerika. Karyanya di bidang interferometri, yang dilakukan bersama dengan Michelson, menjadi paling terkenal. Dalam bidang kimia, pencapaian tertinggi Morley adalah perbandingan akurat massa atom suatu unsur dengan massa atom hidrogen, sehingga ilmuwan tersebut dianugerahi penghargaan dari beberapa perkumpulan ilmiah. Dari koleksi www.eduspb.com

Geser 15

Prinsip pengalaman

Tujuan percobaan ini adalah untuk mengukur kecepatan cahaya relatif terhadap “angin halus” (sejajar dan tegak lurus dengan pergerakan bumi). Skema percobaan interferensi Michelson – Morley yang disederhanakan. (υ – kecepatan orbit bumi). Dari koleksi www.eduspb.com

Geser 16

Ide pengalaman

Pengamatan pergeseran pinggiran interferensi. Dari koleksi www.eduspb.com

Geser 17

Transformasi Lorentz

Rumus kinematik untuk mengubah koordinat dan waktu dalam STR disebut transformasi Lorentz. Mereka diusulkan pada tahun 1904 bahkan sebelum munculnya STR sebagai transformasi yang persamaan elektrodinamiknya invarian. Untuk kasus ketika sistem K" bergerak relatif terhadap K dengan kecepatan υ sepanjang sumbu x, transformasi Lorentz berbentuk: Dari koleksi www.eduspb.com

Geser 18

Relativitas simultanitas

kejadian yang serentak di satu ISO tidak serentak di ISO lain yang bergerak relatif terhadap ISO pertama Dari koleksi www.eduspb.com

Geser 19

Relativitas interval waktu.

Momen terjadinya peristiwa dalam sistem K dicatat oleh jam C yang sama, dan dalam sistem K - oleh dua jam tersinkronisasi yang terpisah secara spasial C1 dan C2. Sistem K bergerak dengan kecepatan dalam arah positif sumbu x dari sistem K. Dari koleksi www eduspb.com

Geser 20

Dari koleksi www.eduspb.com

Geser 21

Contoh

jika astronot dikirim ke sistem bintang (dan sebaliknya) yang terletak pada jarak 500 tahun cahaya dari Bumi, dengan kecepatan v = 0,9999c, maka ini akan memakan waktu 14,1 tahun menurut jam mereka; sementara 10 abad akan berlalu di Bumi Dari koleksi www.eduspb.com

Geser 22

Relativitas jarak

Mengukur Panjang Batang Yang Bergerak Dari Koleksi www.eduspb.com

Geser 23

Dari koleksi www.eduspb.com

Geser 24

Pekerjaan rumah No.2

G.N. Stepanova. Fisika-11, bagian 1 § 30, 31 – mengetahui : Rumus penjumlahan kecepatan dan artinya. Rumus momentum relativistik Rumus energi total dan energi diam Hubungan energi dan momentum Memahami permasalahan dan batasan penerapan STR, prinsip korespondensi Untuk membantu: Tabel “Mari kita rangkum” di halaman 146. Dari koleksi www.eduspb.com

Geser 25

Penambahan kecepatan

Hubungan ini menyatakan hukum relativistik penjumlahan kecepatan untuk kasus ketika partikel bergerak sejajar dengan kecepatan relatif kerangka acuan K dan K". ux = u"x + υ, uy = 0, uz = 0. Untuk υ

Geser 26

Bagaimanapun, kondisi ux ≤ c terpenuhi. Misalnya u'x = c dan υ= c. Maka : Jika pada frame K" pulsa cahaya merambat sepanjang sumbu x dengan kecepatan u"x = c, maka untuk kecepatan ux pulsa pada frame K kita peroleh Dari kumpulan www.eduspb.com

Geser 27

Impuls di stasiun layanan

Persamaan mekanika klasik Newton ternyata non-invarian pada transformasi Lorentz, oleh karena itu SRT memerlukan revisi dan klarifikasi hukum mekanika. Einstein mendasarkan revisi ini pada persyaratan terpenuhinya hukum kekekalan momentum dan hukum kekekalan energi dalam sistem tertutup. Untuk melakukan hal tersebut, ternyata perlu mengubah definisi momentum suatu benda. Momentum relativistik suatu benda bermassa m yang bergerak dengan kecepatan ditulis dalam bentuk Dari kumpulan www.eduspb.com

Geser 28

Massa di stasiun layanan

Massa m, yang termasuk dalam ekspresi momentum, adalah karakteristik fundamental suatu partikel yang tidak bergantung pada pilihan kerangka acuan inersia, dan akibatnya, pada kecepatan pergerakannya. (Dalam banyak buku teks beberapa tahun terakhir, biasanya dilambangkan dengan huruf m0 dan menyebutnya massa diam. Selain itu, apa yang disebut massa relativistik diperkenalkan, bergantung pada kecepatan benda. Fisika modern secara bertahap meninggalkan ini terminologi). Dari koleksi www.eduspb.com

Geser 29

Dinamika stasiun layanan

Hukum dasar dinamika relativistik suatu titik material ditulis sama dengan hukum kedua Newton, namun hanya dalam STR yang dimaksud dengan momentum relativistik suatu partikel: Konsekuensi Dari kumpulan www.eduspb.com

Geser 30

Energi di stasiun layanan

Menghitung energi kinetik menghasilkan persamaan berikut: Einstein menafsirkan suku pertama di sebelah kanan persamaan ini sebagai energi total E dari partikel yang bergerak, dan suku kedua sebagai energi diam. Dari koleksi www.eduspb.com

Geser 31

Ketergantungan energi kinetik pada kecepatan

Ketergantungan energi kinetik pada kecepatan partikel relativistik (a) dan klasik (b). Di v

Geser 32

Hubungan antara massa dan energi

Pernyataan bahwa massa m dalam keadaan diam mengandung sejumlah besar energi telah mendapat berbagai penerapan praktis, termasuk penggunaan energi nuklir. Jika massa suatu partikel atau sistem partikel berkurang sebesar Δm, maka energi ΔE = Δm·c2 harus dilepaskan. Banyak eksperimen langsung memberikan bukti yang meyakinkan tentang keberadaan energi diam. Dari koleksi www.eduspb.com

Geser 33

Hukum proporsionalitas massa dan energi merupakan salah satu kesimpulan terpenting SRT. Massa dan energi merupakan ciri-ciri benda material. Massa suatu benda mencirikan kelembamannya, serta kemampuan benda untuk melakukan interaksi gravitasi dengan benda lain. Sifat energi yang paling penting adalah kemampuannya untuk diubah dari satu bentuk ke bentuk lain dalam jumlah yang setara selama berbagai proses fisika. Rumus Einstein mengungkapkan hukum dasar alam, yang biasa disebut hukum hubungan massa dan energi. Dari koleksi www.eduspb.com

Geser 34

Hubungan antara energi dan momentum

Oleh karena itu untuk partikel diam (p = 0) E = E0 = mc2. Terdapat hubungan berikut antara energi total, energi diam dan momentum: . Dari koleksi www.eduspb.com

Geser 35

Partikel tak bermassa

Itu. sebuah partikel dapat memiliki energi dan momentum, tetapi tidak memiliki massa (m = 0). Partikel seperti ini disebut tak bermassa. Untuk partikel tak bermassa, hubungan antara energi dan momentum dinyatakan dengan hubungan sederhana E = pc. Partikel tak bermassa termasuk foton - kuanta radiasi elektromagnetik dan, mungkin, neutrino. Partikel tak bermassa tidak dapat berada dalam keadaan diam; dalam semua kerangka acuan inersia mereka bergerak dengan kecepatan maksimum c. Dari koleksi www.eduspb.com

Percobaan mengamati spektrum hidrogen dalam tabung spektral dilakukan dua kali. Pertama kali di Bumi, kedua kalinya di pesawat ruang angkasa yang bergerak relatif terhadap Bumi dengan kecepatan konstan. Spektrum yang diamati identik, berbeda nyata, serupa, tetapi semua garis spektral bergeser relatif satu sama lain Dari kumpulan www.eduspb.com

Geser 40

Tugas 4

Hitung perbandingan waktu τ dalam suatu kerangka acuan yang bergerak dengan kecepatan υ = 1,5∙108 m/s relatif terhadap kerangka acuan laboratorium terhadap waktu yang tepat τ0. Dari koleksi www.eduspb.com

Geser 41

Tugas 5

Temukan kecepatan υ sebuah partikel yang memerlukan waktu 2 tahun lebih lama daripada pulsa cahaya untuk menempuh jarak 6,0 tahun cahaya ke bintang yang jauh. Nyatakan kecepatan partikel dalam pecahan kecepatan cahaya c. Dari koleksi www.eduspb.com

Lihat semua slide

Pelajaran tentang topik: Teori relativitas khusus

SERATUS

Tujuan pelajaran:

1. Meringkas pengetahuan siswa tentang representasi klasik ruang dan waktu; tentang teori elektromagnetik Maxwell
2. Mengungkapkan makna fisis dan filosofis dari postulat Einstein
3.Memperkenalkan siswa pada konsep ruang dan waktu modern
4. Berkontribusi pada pengembangan pandangan dunia dialektis-materialistis

Galileo Galilei (1564-1642)

SEMUA FENOMENA MEKANIK BERLAKU SAMA DALAM SEMUANYA sistem referensi inersia.
Semua ISO setara ketika menggambarkan fenomena mekanis

Isaac Newton(1642-1727)

Hukum dasar mekanika
Hukum gravitasi
Waktu dan ruang adalah mutlak

Prinsip relativitas Galileo

Manakah dari sistem referensi yang diusulkan yang bersifat inersia?

Apa yang harus dilakukan? Bagaimana membandingkan hukum elektrodinamika Maxwell dengan prinsip mekanika Newton?

Menurut Maxwell: kecepatan cahaya c = 300 ribu km/s - kecepatan maksimum dalam ruang hampa

Sebuah kontradiksi muncul

Menurut Newton: kelajuan sebuah mobil adalah jumlah dari kelajuan cahaya dan kelajuan seseorang yang berlari ke arahnya

Asumsi dasar

Prinsip relativitas tidak berlaku pada fenomena elektromagnetik.

H.Lorenz

Asumsi dasar

Persamaan Maxwell tidak adil

G.Hertz

Asumsi dasar

Prinsip relativitas dan persamaan Maxwell valid,

kita perlu meninggalkan gagasan klasik tentang ruang dan waktu.

A.Einstein

Postulat SRT

1 POSTULAT (prinsip relativitas) :

semua proses alami berjalan sama dalam segala hal

(Semua ISO secara fisik sama.)

2 Postulat:

Kecepatan cahaya dalam ruang hampa sama untuk semua ISO.

Itu tidak tergantung pada kecepatan sumber atau pada

kecepatan penerima sinyal cahaya

Konsekuensi dari postulat SRT

1. Hukum relativistik penjumlahan kecepatan

Konsekuensi dari postulat SRT

2. Relativitas jarak dan ukuran

Konsekuensi dari postulat SRT

3. Relativitas waktu

Konsekuensi dari postulat SRT

4. Relativitas massa

M 0 - massa tubuh dalam sistem referensi,

di mana ia bergerak

m- berat badan relatif

kerangka acuan yang tetap

v- kecepatan sistem bergerak

Mari kita kembali ke masalah mobil.

C=300 ribu km/s kecepatan cahaya

V - kecepatan kendaraan relatif terhadap tanah

Berapa kecepatan sinyal cahaya relatif terhadap orang yang berdiri di tanah?

Berapa kecepatan sinyal cahaya relatif terhadap orang yang berlari menuju mobil?

1. Pernyataan manakah yang sesuai dengan postulat teori relativitas:

1 - semua proses alam berlangsung dengan cara yang sama dalam inersia apa pun. sistem referensi;

2 - kecepatan cahaya dalam ruang hampa sama di semua sistem referensi;

3 - semua proses alam bersifat relatif dan berlangsung secara berbeda dalam kerangka acuan yang berbeda?

A. Hanya 1 B. Hanya 2 DI DALAM. Hanya 3 G. 1 dan 2 D. 1 dan 3 E. 2 dan 3 DAN. 1, 2 dan 3.

2 . Siapa yang pertama kali melihat lampu lalu lintas hijau, pejalan kaki yang berdiri di pinggir jalan, atau pengemudi mobil yang mendekat?

A) pejalan kaki B) pengemudi C) sekaligus D) yang paling dekat dengan lampu lalu lintas

3. Astronot tersebut membawa serta jam alarm dalam penerbangan yang dibawakan oleh saudara kembarnya dari Tiongkok.

Bagaimana jam di kapal akan berdetak relatif terhadap jam pengamat di Bumi?

A) lebih lambat B) lebih cepat C) sama seperti di Bumi 4. Berapa lama waktu yang akan berlalu di Bumi selama pelajaran kita berlangsung 45 menit jika kita melakukannya di pesawat luar angkasa dengan kecepatan 0,8 C?

A) 1 jam 15 menit B) 36 menit C) 24 menit D) 45 menit

5. Siapa yang menyatakan bahwa semua ISO adalah sama, dan di semua ISO tidak hanya hukum mekanis, tetapi semua hukum fisika lainnya memiliki bentuk yang sama?

A) G.Galileo; B) I.Newton;

B) A.Einstein. D) D.Maxwell

Fisika modern

Fisika klasik

Energi istirahat: E=mc 2

Energi gerakan

p=mV-pulsa

“Saya puas berspekulasi dengan takjub tentang misteri-misteri ini dan dengan rendah hati mencoba menciptakan dalam pikiran saya gambaran yang jauh dari sempurna tentang struktur sempurna segala sesuatu.” A.Einstein.

Meringkas

Teori BARU apa yang kita temui hari ini?
Apa ketentuan pokok teori ini
Apa pentingnya teori Einstein bagi sains?
Mengapa teori relativitas khusus mendapat hak untuk ada?

Teori relativitas tidak muncul secara kebetulan, melainkan merupakan hasil alamiah dari perkembangan ilmu fisika sebelumnya.

Sebuah teori baru hanya mempunyai hak untuk eksis jika teori tersebut tidak membatalkan teori lama, namun memasukkannya sebagai kasus khusus yang membatasi.

Pekerjaan rumah: §76,§78, latihan 11

1. Apakah keserempakan dua peristiwa bergantung pada sistem yang terkait dengan pengamatnya?
2. Komet tersebut mendekati bumi dengan kecepatan 0,8 Dengan . Berapa kecepatan cahaya dari komet ini mendekati kita?
3.Berapa panjang batang lima meter (bagi pengamat bumi) yang bergerak dengan kecepatan 0,9 Dengan ?
5. Berapa lama waktu yang akan berlalu di Bumi selama 3 hari perjalanan dengan roket dengan kecepatan 0,7 Dengan?
6. Berapa kali massa suatu partikel berubah jika bergerak dengan kecepatan 0,5 Dengan ?

IV. Meringkas

Teori BARU apa yang pernah kita temui?
Apa ketentuan pokok teori ini
Apa pentingnya teori Einstein bagi sains?
Mengapa teori relativitas khusus mendapat hak untuk ada?
Teori relativitas tidak muncul secara kebetulan, melainkan merupakan hasil alamiah dari perkembangan ilmu fisika sebelumnya. Sebuah teori baru hanya mempunyai hak untuk eksis jika teori tersebut tidak membatalkan teori lama, namun memasukkannya sebagai kasus khusus yang membatasi.