У своїй праці "До електродинаміки рухомих тіл», опублікованій в 1905р., Ейнштейн сформулював більш точну теорію механіки бистродвіжущихся тіл - спеціальну теорію відносності. (1)
Спеціальна теорія відносності (СТО) застосовна для тіл, що рухаються зі швидкістю, близькою до швидкості світла у вакуумі (v ~ с). Основні наслідки цієї теорії наступні.
1. Маса частинки залежить від швидкості її руху:
m0 - маса спокою частинки.
2. Продольная довжина тел скорочується, згідно з формулою:
l0 - Власні свої довжина тіла при V = 0.
3. Рухомі годинник йде повільніше:
? t0 - власний час, виміряний з нерухомим щодо спостерігача щогодини.
4. Кінетична енергія релятивістської частинки:
де - повна енергія частинки,
- Енергія спокою.
5. Закон взаємозв'язку маси частинки з її повною енергією записується як
(2)
Вихідними для побудови теорії відносності є два закони природи, що одержали підтвердження в самих різних явищах руху. Ці закони були сформульовані Ейнштейном у наступному вигляді:
1. «Закони, за якими змінюються стану фізичних систем, що не залежать від того, до якої з двох координатних систем, що знаходяться відносно один одного в рівномірному поступальному русі, ці зміни стану відносяться».
2. «Кожен промінь світла рухається в« спочиває »системі координат з певною швидкістю, незалежно від того, випускається цей промінь світла почилих або рухомим тілом».
Перший закон поширює закон еквівалентності інерційних систем (закон відносності класичної механіки Галілея - Ньютон) на широкий клас фізичних явищ. Другий закон встановлює сталість швидкості світла незалежно від швидкості руху джерела світла. (1)
Другий закон здається найбільш парадоксальним. Справді, при вивченні руху тіл зі швидкостями, малими в порівнянні зі швидкістю світла, ми переконуємося і теоретично, і експериментально, що швидкість тіла відносно нерухомої системи координат залежить від руху «платформи», з якою кидання тіла виробляється. Так м'яч, кинутий в напрямку руху поїзда, буде мати по відношенню до Землі більшу швидкість, ніж м'яч, кинутий з нерухомого поїзда. Для випадку прямолінійного руху результуюча швидкість буде рівна алгебраїчної сумі доданків швидкостей. Під час руху платформи і тіла в один бік результуюча швидкість буде дорівнювати арифметичній сумі швидкостей і підраховуватиметься за формулою:
рез. =,
де v рез. Є результуюча швидкість тіла по відношенню до Землі, - швидкість платформи, - швидкість тіла по відношенню до платформи.
З цього рівняння випливає, що результуюча швидкість завжди менше швидкості світла. Навіть у граничному випадку, коли = с, = с,
Суттєвих змін зазнають і інші поняття механіки. Маса тіла в задачах спеціальної теорії відносності залежить від швидкості руху тіла:
У цій формулі - маса тіла при v = 0 (маса «спокою»), m - маса тіла, що рухається зі швидкістю v, і маса тіла необмежено зростає, якщо його швидкість наближається до швидкості світла.
Час в теорії відносності не є універсальним; для рухомого спостерігача час тече повільніше, ніж для нерухомого. Зв'язок часів, які відображаються почилих і рухомими годинами, визначається формулою:
де - час, відлічуваний нерухомими годинами, а t - час, показуване годинами, що рухаються зі швидкістю v відносно нерухомої системи. Для звичайних задач механіки величина дуже мала в порівнянні з одиницею, і механіка Ньютона дає досить точні результати.
При швидкостях, близьких до швидкості світла, уточнення, що даються теорією відносності, набувають принциповий характер і в даний час, наприклад, конструювання прискорювачів, визначення часу життя елементарних частинок і експериментальне визначення маси бистродвіжущихся тіл не можуть бути зроблені без урахування результатів, що випливають із спеціальної теорії відносності. (3)
Література:
1. том 3
2 А. І. Маркушевич, А. М. Кузнецова, І. В. Петрянов.
3. Сополі Е.Ф. .
