经典力学的局限性

1、第六章 万有引力与航天经典力学的局限性经典力学的局限性提出问题：提出问题：1、速度有无极限。(运动的光速问题)2、微观粒子的行为与宏观物体是否遵循相同的规律。3、时间和空间是否是绝对一成不变的。4、牛顿建立的经典力学已相当完善，爱因斯坦为什么还要提出相对论。相对论是否全盘否定了牛顿的经典力学理论。 17 世纪牛顿力学构成了体系 . 可以说，这是物理学第一次伟大的综合 . 牛顿建立了两个定律，一个是运动定律，一个是万有引力定律，并发展了变量数学微积分，具有解决实际问题的能力 . 他开拓了天体力学这一科学，海王星和冥王星的发现就充分显示了这一点 .牛顿力学的绝对时空观牛顿力学的绝对时空观绝对的，真

2、正的和数学的时间自己流逝着，并由于它的本性而均匀的与任何外界对象无关的流逝着。牛顿绝对空间，就其本质来说，独立于外界任何事物，总是始终如一和静止不动的。 牛顿一、经典力学受速度限制的分析伽利略和牛顿的绝对时空观认为，同一物体运动的时间和长度（位移）在不同的参考系中，测量结果是相同的。Einstein现代时空现代时空的创始人的创始人爱因斯坦的2个基本假设：这意味着绝对时间、绝对空间等都是错误的。 不论用什么方法都找不到绝对参照系, 即根本不存在绝对参照系,一切惯性系都是平权的。1、相对性原理：一切彼此作匀速直线运动的惯性系,对于描述物理规律都是等价的。或在所有惯性系中,物理规律都具有相同的形式。

3、（伽利略）1、相对时间 狭义相对论认为时间不是绝对的（即固定不变的）。爱因斯坦指出，随着物体（观察者所见到的）线性运动速度的加快，时间会变慢。使用同步原子钟已证实了这个结论的正确性，将一个钟表留在地面上，而携带另一个以很快速度移动（如在喷气式飞机上），随后进行比较，静止的钟表总比另一个稍微快一点。 时钟变慢1.swf021ttvc 爱因斯坦火车爱因斯坦火车:ABK系系中点中点ABK系系中点中点先到先到B点点再到再到A点点同时到达同时到达A、B火车上的观测者说火车上的观测者说: :光源在光源在ABAB的中点的中点, ,应同时到达应同时到达A A、B B两点两点, ,地面上的人看见先到达地面上的人

4、看见先到达B B点，后到点，后到A A点。点。K系系DCK系系DC相对长度 爱尔兰物理学家乔治佛兹杰拉德（18511901）提出，物质会在运动的方向上收缩（缩小），这意味着根据一个静止观察者的观点，一枚以接近光线运行的火箭所表现出的长度会比它静止时更短，尽管乘坐火箭的人看来并没有什么两样。爱因斯坦指出，任何物体以光速运动时，其长度将会缩短为零。长度收缩1.swf长度收缩2.swf201vLLc相对质量物体运动时的质量与静止质量的关系021mmvc 答案：2.25kg2、光速不变原理 对任何惯性系,在真空中沿任意方向传播的光速都相同,且与光源的运动状态无关。即谁测真空中的光速都是即谁测真空中的光

5、速都是c c , ,与惯性系的选择及光源无关。与惯性系的选择及光源无关。例：宇宙飞船以例：宇宙飞船以20万万 km/s的速度飞行的速度飞行, 人在飞船上向前发一束人在飞船上向前发一束 光光, 光在飞船中以光速光在飞船中以光速 c 传播传播, 地球上的人测得光速多大？地球上的人测得光速多大？30 2050cc u Km/s按运动合成得按运动合成得:30cc 实际测得实际测得:Km/s1)1)爱因斯坦理论是牛顿理论的发展爱因斯坦理论是牛顿理论的发展讨论讨论一切物一切物理规律理规律力学规律力学规律2)2)光速不变原理适用的条件光速不变原理适用的条件: :A A）惯性系；）惯性系；B B）真空中）真空

6、中( (介质中的光速介质中的光速C C = = C/n)C/n) “照亮我的道路照亮我的道路, ,并不断给我新并不断给我新的勇气去愉快地正视生活理想的勇气去愉快地正视生活理想的是善、是美、是真的是善、是美、是真”。 “人只有献身社会人只有献身社会, ,才能找出那实际才能找出那实际上是短暂而又有风险的生命的意义上是短暂而又有风险的生命的意义”! !他剖析自己的科学感受时说：他剖析自己的科学感受时说：Einstein 对相对论的解释对相对论的解释: 当你和一个漂亮姑娘在一起坐一小时当你和一个漂亮姑娘在一起坐一小时, ,你感觉只坐了一分钟你感觉只坐了一分钟, ,当你坐在火炉旁一当你坐在火炉旁一分钟分

7、钟, ,就好象坐了一小时就好象坐了一小时, ,这就是相对论。这就是相对论。“ 科学的头脑就是去怀疑科学的头脑就是去怀疑, , 去证实去证实, , 去发现的精神去发现的精神! ! ”Albert Einstein世纪伟人世纪伟人 爱因斯坦给后人的信爱因斯坦给后人的信 一天，爱因斯坦正在撰写光电效应定律的论文，美国总统罗斯福打来电话，让他给年后的人们写一封信。爱因斯坦笑了，说：“总统，您真会开玩笑，要我写些什么呢？” 罗斯福非常郑重地说：“把我们这个时代人们的思想和科学的发展，告诉年后的人们，让他们对我们有所了解。”“这样的信，即使写了也没法寄啊！”爱因斯坦说，“没有这样的邮差。” “这个，我考虑

8、过。”罗斯福成竹在胸，“有的。我们给他们做一个安全固定的信箱，年后，他们到那里去取就是了”爱因斯坦饶有兴趣地点点头说：“还是总统有办法。” 罗斯福年任美国第届总统，业绩辉煌。他所以叫爱因斯坦给年后的人们写信，要的是名人效应。爱因斯坦是伟大的科学家，在物理学的许多方面做出了卓越的贡献，特别是相对论，揭示了空间时间的辩证关系，无论在科学上还是在哲学上，都具有重要的历史意义。年月日，爱因斯坦写了致后人书 “我们的时代富于创造思想。我们的发现本应该可以大大地使我们的生活轻松愉快。我们利用电能横渡大洋。我们使用电能来减轻人类的繁重的体力劳动。我们学会了飞行。我们利用电波很容易地把消息发到全球各地去。”

9、“但是，虽然有着这一切，我们的商品的生产和分配是完全无组织的，人们必须生活在忧虑中，担心被人从经济生活中抛出，失去一切。除此之外，生活在不同国家中的人们每隔一个长短不等的时间就要进行互相杀戮，因此，每一个想到未来的人必然都生活在经常的忧虑中。” “我相信，我们的后人将怀着一种理所当然的优越感读上面这几行文字吧。” 爱因斯坦的这封给后人的信是用特制的墨水和纸写成的。与其它的文件一起装进一个特制的钢体里，埋入纽约当时准备动工兴建的国际博览会建筑地基下面米的花岗岩洞内，地面立有一碑柱，要人们在年后，即公元年取出钢体内的东西。 爱因斯坦的致后人书，许多报刊上登过，年后的人们如果只想读到这封信，根本用不

10、着去碰国际博览会地基下的那颗“定时炸弹”。相对性相对性变慢变慢缩短缩短增大增大从宏观到微观：从若引力到强引力：牛顿：按平方反比规律，一个天体半径缩小到原来的二分之一，引力增加到原来的四倍。爱因斯坦：按照广义相对论，这个力实际上增加得更快些。当半径远大于引力半径时，牛顿理论近似成立。当半径约等于或小于引力半径时，牛顿理论不再成立。3、在日常生活中，我们并没有发现物体的质量、在日常生活中，我们并没有发现物体的质量随着物体运动速度的变化而变化，其原因是随着物体运动速度的变化而变化，其原因是()A运动中的物体无法称量质量运动中的物体无法称量质量B物体的速度远小于光速，质量变化极小物体的速度远小于光速，质量变化极小C物体的质量太小物体的质量太小D物体的质量不随速度的变化而变化物体的质量不随速度的变化而变化4、（、（20