狭义相对论基础

0,specialrelativity,第十六章狭义相对论基础,1伽利略变换,2迈克耳逊-莫雷实验,3狭义相对论的基本假设,4洛仑兹变换,5时间膨胀长度缩短,6狭义相对论动力学基础,1,在两个惯性系中考察同一物理事件,一.伽利略变换（Galileantransformation）设惯性系S和相对S运动的惯性系,t时刻，物体到达P点,1力学相对性原理和伽利略变换,上页,下页,退出,返回,2,正变换,逆变换,伽利略坐标变换(t=t=0时，O和O重合）,上页,下页,退出,返回,3,速度变换与加速度变换,正,逆,两个都是惯性系,是恒量,在两个惯性系中,上页,下页,退出,返回,4,二.牛顿的相对性原理NewtonPrincipleofrelativity,在牛顿力学中力与参考系无关,质量与运动无关,宏观低速物体的力学规律，在任何惯性系中形式相同,或牛顿力学规律在伽利略变换下形式不变,或牛顿力学规律是伽利略不变式,如：动量守恒定律,上页,下页,退出,返回,5,如：动量守恒定律,三.经典力学的时空观(绝对时空观）,经典力学的时空观：时间、长度和质量都与参照系的相对运动无关。,上页,下页,退出,返回,6,2迈克耳逊-莫雷实验,2,2,1,1,半透半反膜,绝对参照系,光速c,光速c=c-u,上页,下页,退出,返回,7,一.伽利略变换的困难1)电磁场方程组不服从伽利略变换2)光速C迈克耳逊-莫雷的0结果3)高速运动的粒子,3狭义相对论的基本假设,二.爱因斯坦的狭义相对论基本假设,1.一切物理规律在任何惯性系中形式相同-相对性原理2.光在真空中的速度与光源和观察者的相对运动无关光速不变原理,上页,下页,退出,返回,8,Einstein的相对性理论是Newton理论的发展,光速不变与伽利略变换与伽利略的速度相加原理针锋相对,观念上的变革,牛顿力学,与参考系无关,狭义相对论力学,长度时间质量与参考系有关,(相对性),上页,下页,退出,返回,9,洛仑兹变换Lorentztransformation,同时发出闪光,经一段时间光传到P点,一.洛仑兹变换的导出,重合,上页,下页,退出,返回,10,由光速不变原理：,有,上页,下页,退出,返回,11,由客观事实是确定的：,与,下面的任务是根据上述四式利用比较系数法确定系数,的关系是,上页,下页,退出,返回,12,二.结果坐标变换式,上页,下页,退出,返回,13,令,则,正变换,逆变换,上页,下页,退出,返回,14,正变换,与,时空坐标,伽利略变换,发展,上页,下页,退出,返回,15,例1：相对于地球的速度为v的一飞船，要到离地球为5光年的星球上去。若飞船的宇航员测得该旅程的时间为3光年，则v应为：(A)c/2(B)3c/5(C)9c/10(D)4c/5,D,上页,下页,退出,返回,16,一.长度收缩lengthcontraction,对运动长度的测量问题怎么测？同时测,1.原长,棒静止时测得的它的长度也称静长,静长,5长度缩短时间膨胀,上页,下页,退出,返回,17,静长,棒以极高的速度相对S系运动S系测得棒的长度值是什么呢？,事件1：测棒的左端事件2：测棒的右端,相应的时空坐标,上页,下页,退出,返回,18,事件1：测棒的左端事件2：测棒的右端,2.原长最长,由洛仑兹变换,上页,下页,退出,返回,19,相对效应在低速下伽利略变换同时性的相对性的直接结果,上页,下页,退出,返回,20,例2：一固有长度的飞船L0=90m，沿船长方向相对地球以v=0.80c的速度在一观测站的上空飞过，该站测的飞船长度及船身通过观测站的时间间隔各是多少？船中宇航员测前述时间间隔又是多少？,上页,下页,退出,返回,21,二.时间膨胀timedilation运动时钟变慢,1.原时Propertime,在某一参考系中，同一地点先后发生的两个事件的时间间隔叫原时。,两事件发生在同一地点,原时,上页,下页,退出,返回,22,2.原时最短时间膨胀,两地时,由洛仑兹逆变换,上页,下页,退出,返回,23,原时最短,1,运动时钟变慢效应是时间本身的客观特征,原时,固有时,上页,下页,退出,返回,24,三.同时性的相对性relativityofsimultaneity,事件1,事件2,两事件同时发生,？,上页,下页,退出,返回,25,若,同时性的相对性,时序因果关系不变,已知,由洛仑兹变换,上页,下页,退出,返回,26,例3：在惯性系S中的某一地点发生了两事件A、B，B比A晚发生Dt=2.0s,在惯性系S中测得B比A晚发生Dt=3.0s。试问在S中观测发生A、B的两地点之间的距离为多少？,上页,下页,退出,返回,27,上页,下页,退出,返回,28,例4：在惯性系K中，有两个事件同时发生在x轴上相距1000m的两点,而在另一惯性系K(沿轴方向相对于K系运动)中测得这两个事件发生的地点相距2000m.求在K系中测得这两个事件的时间间隔.,解：根据洛仑兹力变换公式：,上页,下页,退出,返回,29,在K系，两事件同时发生，t1=t2则,在K系上述两事件不同时发生，设分别发生于t1和t2时刻,则,上页,下页,退出,返回,30,上页,下页,退出,返回,31,高速运动时动力学概念如何？基本出发点：基本规律在洛仑兹变换下形式不变；低速时回到牛力,6狭义相对论动力学基础,一.相对论的质量和动量,1.力与动量,状态量,合理,合理,2.质量的表达,持续作用,但的上限是c,随速率增大而增大,要求,上页,下页,退出,返回,32,实验证明,相对论动量,数据,上页,下页,退出,返回,33,解：由静止观察者测得立方体的长宽高分别为：,上页,下页,退出,返回,例5.一个立方物体静止时体积为V0，质量为m0，当该物体沿其一棱以速率运动时，试求其运动时的体积、密度。,34,上页,下页,退出,返回,35,二.狭义相对论运动方程,上页,下页,退出,返回,36,三.相对论性能量1.相对论动能动能定理应该是合理的设计质点从静止，通过力作功，使动能增加。,为了简单，设力与位移同向。,上页,下页,退出,返回,37,合理否？,与经典动能形式完全不同若电子速度为,上页,下页,退出,返回,38,2.相对论能量,除动能以外的能量,任何宏观静止的物体具有能量,相对论质量是能量的量度,上页,下页,退出,返回,39,四.相对论的动量能量关系式由,两边平方得,光子,又,上页,下页,退出,返回,40,2.相对论动量,3.相对论运动方程,5.相