Элементы специальной теории относительности

1. Принцип относительности Галилея. Преобразования Галилея.

На рис.6 указаны две инерциальные системы отсчета. Система движется с постоянной скоростью относительно системы в направлении ОХ

рис.6

Координаты материальной точки массой в системах отсчета и связаны следующим образом:

В ньютоновской механике предполагается, что время течет одинаково во всех системах отсчета. В общем виде, когда скорость направлена произвольным образом, преобразования, приведенные выше, можно представить в виде

Эти преобразования носят название преобразования Галилея. Так как скорость движения материальной точки равна первой производной от , то и

где – скорость тела относительно системы , а – скорость тела относительно системы .

Из последнего равенства вытекает, что ускорения тела одинаковы в обеих системах отсчета

Следовательно, сила , действующая в системе отсчета , совпадает с силой , действующей на тело в системе . Если выполняется в системе равенство:

, то в системе :

Таким образом, законы механики одинаково формулируются для всех инерциальных систем отсчета. Это утверждение называется принципом относительности Галилея.

Величины, которые не меняются при переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой, называются инвариантными. В данном случае ускорение, сила – инвариантные величины.

При значительных скоростях, близких к скорости света вакуума (), преобразования Галилея не подходят, они заменяются на преобразования Лоренца. В 1905г. А.Эйнштейн создал специальную теорию относительности (СТО). Она представляет физическую теорию пространства и времени, в основе которой лежат два постулата: принцип относительности Эйнштейна и принцип постоянства скорости света.

Принцип относительности Эйнштейна: все законы природы одинаково формулируются для всех инерциальных систем отсчета.

Если принцип относительности Галилея затрагивал лишь законы механики, то принцип относительности Эйнштейна охватывает законы природы, изучаемые во всех разделах физики (механика, оптика, электромагнетизм).

Принцип постоянства скорости света: скорость света в вакууме не зависит от движения источников света, и, следовательно, одинакова во всех инерциальных системах отсчета. Эта скорость света является предельной