第十六节医用物理PPT课件

1881年，美国物理学家迈克尔逊自制了一台干涉仪，用于以太网的验证实验。如图所示。光束1和2在其各自路径(相互垂直)上的往返时间分别为仪器旋转90度，由时间差的变化引起的两个光束之间时间差的变化将引起干涉条纹的移动，移动的次数预计为(16-1)。4，2。经典物理学的绝对时空观认为，空间只是物质运动的“场所”，这个“场所”与其中的物质完全无关，是独立的、绝对静止的、不可改变的。对时间和空间的绝对观点也认为时间与物质的运动也无关，时间会毫无延迟地、均匀地、永远地流逝。5，3，伽利略变换设置参考系统以相对于系统恒定的速度沿着X轴移动，并且两个参考系统是平行的。那时，两个参考系的坐标重合，并且在任何时间t的伽利略变换是或(16-2)，6。公式(16-2)的位置变量是从时间中导出的，在伽利略变换的速度公式(16-3)中，U和U的相应分量分别是物体相对于参考系统S和S的运动速度。对于光的传播速度，根据麦克斯韦电磁场理论，真空中的光速可以由两个电磁常数给出，即M/S。7，4，爱因斯坦的狭义相对论假说1。相对论原理所有惯性系统都等同于所有物理定律，也就是说，所有物理定律在所有惯性系统中都保持相同的形式。相对论原理表明，没有通用参考系(绝对静态参考系)。2.光速不变原理任何光在“静止”坐标系中都以一定的速度运动，不管光是由静止的还是运动的物体发出的。这个原理表明，在所有惯性系统中，光在真空中的传播速度是相同的，与光源或观察者的运动无关。洛伦兹变换使惯性参考系统相对于系统沿x轴匀速运动，两个参考系统是平行的。那时，两个参考系统的坐标重合，并且在任何时间t的洛伦兹变换用等式(16-4)表示。同样，我们也可以获得洛伦兹逆变换(16-5)，10，这意味着惯性参考系S和S中U的每个分量和U的每个分量之间的洛伦兹变换是(16-6)。这种变换仍然设置在惯性参考系统中，并且相对于系统以恒定的速度沿着X轴移动。方程(16-6)的逆变换是(16-7)。因此，洛伦兹变换保证了光速的不变性和极限速率性质。第二节特殊的相对论时空观首先，相对论事件的同时性随着参考系统的选择而变化，即“同时性”的相对性。延时设置在部门的中点，旁边有一个闪光光源和一个时钟。镜子在平行于轴的方向上以相对距离D放置。在光发射和返回的过程中，时钟经过的时间是(16-8)，14。在S系统中测量的从镜面到Y方向的距离也是D，而在S系统中测量的斜线L的长度是(16-9)。由于光速是恒定的，因此(16-10)是在系统中同一位置发生的两个事件之间的时间间隔，它是由在这个参考系统中静止的时钟测量的，称为黄金时间。从方程(16-10)中，我们可以看出，正因为如此，最初的时间是最短的。原时也被称为固有时或局部时。在S系统中，在不同位置测量的两个事件之间的时间间隔是在该参考系统中两个时钟静止的情况下测量的。它被称为两个地方之间的时间，比原始时间长，用。两者之间的关系是(16-11)对于原始时间中的最短现象，用时钟的速度来解释，即S系统中的观察者将相对于他移动的系统中的时钟与他的参考系统中的许多同步时钟进行比较，发现系统中的时钟很慢。在惯性系统中，移动的时钟比静止的时钟移动得慢。这种效应被称为时间延迟或时钟缓慢效应。如图16-4所示，有两个参考系统s，相对于根据长度测量的规定，S系统中的杆长为(16-12)，17.由于杆的长度、通过的点和两个事件之间的时间间隔，系统中的测量结果是，这里是不同地点的两个事件之间的时间间隔，它是两个地点之间的时间间隔。根据原始时间与两地时间的关系，将公式代入公式(16-12)得到(16-13)。杆静止时测得的长度称为杆的静态长度或原始长度，由下式表示。从方程(16-13)可以看出，初始长度最长，移动杆沿移动方向放置时长度缩短。这种效应被称为移动杆长度的缩短。移动杆的长度用L表示，它有(16-14)。18，第3节相对论力学基础。首先，质量相对论性质量和速度的相对性是(16-15)。在公式V中，物体相对于参考系统的速度是静止物体的质量，称为静止质量，它反映了物体本身的性质。物体所具有的惯性的物理量称为惯性质量，惯性质量是相对的，随着速度的变化而变化。根据相对论质量表达式，相对论动量可以表示为(16-16)。在相对论力学中，作用在粒子上的力仍然由动量随时间的变化率来定义，即(16-17)。这是牛顿第二定律在相对论中的延伸。然而，由于m随v而变化，牛顿第二定律中以加速度表示的公式(视质量为常数)在相对论力学中不再有效。相对论动力f通过小位移dr对粒子所做的元素功仍然被定义为粒子动能的增量。即(*)，然后转换相对论质量-速度关系(16-15)，以获得两侧的微分方程，即，21。将此方程代入(*)，得到两边的积分方程，(16-18)。这是相对论动能公式，其动能等于：运动引起的质量增量乘以光速的平方。那时，那么，22，3，相对论性质能关系在相对论性动能公式中，等号右边的两项有能量的维数。可以说，一个粒子静止时所拥有的能量叫做静态能量。换句话说，在方程(16-18)中，它是系统的总能量，等于静态能量和动态能量之和，即(16-19)或(16-19)，方程(16-19)和(16-19)都被称为相对论质量-能量关系。根据质量-能量公式(16-19)和动量公式(16-16)，相对论的动量-能量关系可以推导为(16-20)。如果三角形的三条边的长度分别由、和表示，那么它们就形成了一个直角三角形，形成了毕达哥拉斯定理的表达式，如图所示。第4节广义相对论简介首先，惯性质量和重力质量(16-21)被称为重力质量，用。(16-22)惯性质量(注释)。实验证明，所有物体的重力质量与惯性质量之比都是相同的，称之为重力质量与惯性质量的等效。等效原理如图所示。在这个加速度场中，盒子里的所有物体都失去了重力的作用，没有加速度。不管是苹果还是羽毛，它们都可以在空间中自由停留。人们在盒子里的任何地方行走的力量都是一样的。因此，据说“加速场”完全抵消了“引力场”。假设任何物理实验，包括力学、电磁学和其他种类的实验，都不能判断观察者所在的升降台内部是重力场中的惯性系统还是没有重力的加速度系统，也就是说，不可能区分重力或惯性力的影响，即两个参考系统不仅等同于机械过程，而且等同于所有物理过程，这就是等效原理。真正的惯性系统只能是局部的。严格地说，在非均匀引力场中自由落体的参考系中，只有某一点的惯性力才能完全抵消重力。因此，自由落体的局部惯性系统只是一个近似的惯性系统。爱因斯坦在广义相对论的基础年明确提出了广义相对论的原理：“物理定律也就是说，不管是惯性系统还是非惯性系统，所有的物理定律都以相同的方式表达。广义相对论的三个验证1。水星的进动近日点水星是离太阳最近的行星。根据牛顿力学，行星的轨道应该是以太阳为焦点的椭圆，而实际天文学中观察到的行星轨道并不是完全封闭的，而是在近日点进动，如图所示。广义相对论出现后，行星围绕太阳的轨道被认为是在太阳重力场(弯曲空间)中沿着地面线的运动。因此，据计算，水星在其轨道的近日点的额外进动是1/100年，其中MS是太阳的质量，e是偏心率，a是椭圆的长半轴。这一结果与观测值符合得很好。光线在重力场中弯曲。所有物体都将在重力场附近受到重力，它们的轨道将会移动。光子也不例外。根据爱因斯坦的质能关系，光子有能量，所以它们也有质量，也就是惯性质量。根据等效原理，恒星发出的光在穿过太阳附近的重力场时将不可避免地向内弯曲，如图所示。根据广义相对论的计算结果，偏转角是RS是太阳的半径。引力红移所谓的引力红移是指光波在引力场的作用下向波长增加和频率降低的方向运动的现象。由于引力场空间是一个弯曲的空间，光以恒定的光速沿着弯曲的传播路径传播，这当然比自由空间中的直线传播要长。这种效应被称为引力时间延迟。引力红移是引力时间延迟的一种可观察到的