масса_и_импульс_в_специальной_теории_относительности

1.

Масса и импульс СТО
Специальная теория относительности (СТО) переосмыслила
фундаментальные понятия массы и импульса, которые лежат в
основе механики. Она вводит понятия релятивистской массы и
импульса, зависящих от скорости объекта, и устанавливает глубокую
связь между массой и энергией. Эти концепции необходимы для
корректного описания явлений, происходящих при скоростях, близких
к скорости света.

2.

Релятивистский импульс
Определение импульса
Импульс объекта в СТО
определяется как p = γmv, где γ
– релятивистский фактор (1/√(1
- v²/c²)).
Предел низких
скоростей
При скоростях, значительно
меньших скорости света (v <<
c), γ приближается к 1, и
формула импульса сводится к
классической p ≈ mv.
Сохранение импульса
Такое определение сохраняет
закон сохранения импульса,
который остается верным в
релятивистской механике.

3.

Релятивистская масса
Зависимость от скорости
Невозможность достижения c
Масса объекта в СТО не является постоянной
величиной, а зависит от его скорости: m = γm₀, где m₀ —
масса покоя частицы.
Это явление объясняет, почему объект, обладающий
массой, не может достичь или превысить скорость
света, так как для этого потребовалась бы бесконечная
энергия.
Предел скорости света
По мере приближения скорости объекта к скорости
света (c) релятивистский фактор γ стремится к
бесконечности, что влечет стремление массы к
бесконечности.

4.

Связь массы и энергии
Уравнение Эйнштейна
Эквивалентность
Полная энергия
Знаменитое уравнение
Альберта Эйнштейна E = mc²
устанавливает эквивалентность
массы и энергии.
Это означает, что масса может
быть преобразована в энергию,
а энергия, в свою очередь,
может быть преобразована в
массу.
Полная энергия релятивистской
частицы выражается как E =
γm₀c².

5.

Принцип относительности
Скорость света
Законы физики
Законы физики одинаковы во всех
инерциальных системах отсчета,
что является фундаментальным
постулатом СТО.
Скорость света в вакууме
инвариантна и не зависит от
движения источника или
наблюдателя, что противоречит
классической механике.
Основа СТО
Эти два принципа — принцип
относительности и постоянство
скорости света — составляют
основу всей специальной теории
относительности.

6.

Инерциальные системы
1
2
3
Определение ИСО
Инерциальная система отсчета (ИСО) — это такая система, в
которой выполняется первый закон Ньютона (закон инерции).
Рассматриваемые системы
В СТО анализируются только инерциальные системы,
движущиеся друг относительно друга с постоянной скоростью.
Преобразования
Принцип относительности позволяет описывать физические
явления, переходя от одной ИСО к другой.

7.

Предельная скорость
Скорость света как предел
Скорость света в вакууме (c) является абсолютным пределом скорости во всей Вселенной, согласно
постулатам специальной теории относительности. Никакой объект, обладающий массой, не способен
достичь или превзойти эту скорость, поскольку его релятивистская масса и энергия стремились бы к
бесконечности.
Невозможность превышения
При приближении к скорости света требуется бесконечное количество энергии для дальнейшего ускорения
объекта с массой, что делает достижение этой скорости физически невозможным. Этот фундаментальный
принцип подтверждается многочисленными экспериментами и наблюдениями в современной физике.

8.

Релятивистский закон сохранения
Сохранение импульса
Применение
В замкнутой системе, где внешние силы отсутствуют,
выполняется закон сохранения релятивистского импульса.
Это означает, что суммарный импульс всех тел системы
остается постоянным до и после любого взаимодействия,
будь то столкновение или иное преобразование.
Данный закон применим даже в тех процессах, где
происходит взаимопревращение массы и энергии,
поскольку в таких случаях учитывается и вклад энергии в
общую динамику системы.

9.

Экспериментальные подтверждения
1
2
3
Ускорители частиц
Наблюдения за поведением заряженных частиц в ускорителях, таких как Большой адронный коллайдер в ЦЕРНе,
подтверждают релятивистские эффекты.
Электронные трубки
Поведение электронов в электронно-лучевых трубках, например, в старых телевизорах, также демонстрирует
отклонения от классической механики при высоких скоростях.
Ядерные реакции
Ядерные реакции, включая те, что происходят на атомных электростанциях, наглядно демонстрируют превращение
массы в энергию согласно E=mc².

10.

Значение СТО
Специальная теория относительности коренным образом изменила
наше понимание пространства, времени, массы и энергии, объединив
их в единую четырехмерную структуру. Эта теория стала
краеугольным камнем для развития многих областей современной
физики, включая ядерную физику, физику элементарных частиц и
космологию. Уравнение E=mc², символизирующее эквивалентность
массы и энергии, стало одним из самых узнаваемых научных
выражений в мире.