3.5. Transformacja Lorentza

Podobne dokumenty
Elementy szczególnej teorii względności

7. Szczególna teoria względności. Wybór i opracowanie zadań : Barbara Kościelska Więcej zadań z tej tematyki znajduje się w II części skryptu.

Wykład 4: Względność ruchów. dr inż. Zbigniew Szklarski

Wykład 3: Kinematyka - względność ruchów. dr inż. Zbigniew Szklarski

Powstanie i rola Szczególnej Teorii Względności (STW)

Szczególna Teoria Względności

Elementy dynamiki relatywistycznej r r

Albert Einstein SZCZEGÓLNA I OGÓLNA TEORIA WZGLĘDNOŚCI. Szczególna Teoria Względności

teoria wzgl wzgl dności

Elementy mechaniki relatywistycznej

ELEMENTY SZCZEGÓLNEJ TEORII WZGLĘDNOŚCI. I. Zasada względności: Wszystkie prawa przyrody są takie same we wszystkich

14. Teoria względności

Szczególna i ogólna teoria względności (wybrane zagadnienia)

10. Teoria względności

MECHANIKA RELATYWISTYCZNA

Wykład 30 Szczególne przekształcenie Lorentza

Transformacja Galileusza ( )

Substancja, masa, energia

Wstęp do szczególnej teorii względności.

Szkoła z przyszłością. szkolenie współfinansowane przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

3. Prąd elektryczny. 3.1Prąd stały. 3.2Równanie ciągłości, 3.3Prawo Ohma. 3.4Prawa Kirchhoffa. 3.5Łączenie oporów

Transformacja Galileusza ( )

Obiegi termodynamiczne

Podwaliny szczególnej teorii względności

Zrozumieć Einsteina, czyli jak uczę szczególnej teorii względności

DYNAMIKA KONSTRUKCJI

Oryginalna metoda wyprowadzania transformacji dla kinematyk z uniwersalnym układem odniesienia

Szczególna teoria względności i jej konsekwencje

Fizyka 1- Mechanika. Wykład Zygmunt Szefliński Środowiskowe Laboratorium Ciężkich Jonów

U.1 Elementy szczególnej teorii względności

MECHANIKA RELATYWISTYCZNA TRANFORMACJA LORENTZA

i j k Oprac. W. Salejda, L. Bujkiewicz, G.Harań, K. Kluczyk, M. Mulak, J. Szatkowski. Wrocław, 1 października 2015

Zasada pędu i popędu, krętu i pokrętu, energii i pracy oraz d Alemberta bryły w ruchu postępowym, obrotowym i płaskim

Stany nieustalone w SEE wykład III

Wykład FIZYKA II. 10. Szczególna teoria względności. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

Wstęp do fizyki cząstek elementarnych. Ewa Rondio

Wykład Pole magnetyczne, indukcja elektromagnetyczna

Rys. 1.2 Transformacja Galileusza

ELEMENTY MECHANIKI RELATYWISTYCZNEJ

Fizyka cząstek elementarnych

KATEDRA SYSTEMÓW ENERGETYCZNYCH i URZĄDZEŃ OCHRONY ŚRODOWISKA. Bilansowanie układów termodynamicznych według I zasady termodynamiki

f s moŝna traktować jako pracę wykonaną przez siłę tarcia nad ślizgającym się klockiem. Porównując


Podstawy elektrotechniki

ρ - gęstość ładunku j - gęstość prądu FALE ELEKTROMAGNETYCZNE W PRÓŻNI: Równania Maxwella: -przenikalność elektryczna próżni=8,8542x10-12 F/m

Teoretyczne podstawy udarów wspinaczkowych

II.1. Zagadnienia wstępne.

Promieniowanie synchrotronowe i jego zastosowania

Wykład 1. Wprowadzenie do teorii grafów

Oddziaływania słabe. Bozony pośredniczące W i Z. Sprzężenia leptonowe. Sprzężenia kwarkowe - mieszanie kwarków. D. Kiełczewska, wykład 5

Pojęcia kwasu i zasady

Ćwiczenie 362. Wyznaczanie ogniskowej soczewek metodą Bessela i pomiar promieni krzywizny za pomocą sferometru. Odległość przedmiotu od ekranu, [m] l

Studia magisterskie ENERGETYKA. Jan A. Szantyr. Wybrane zagadnienia z mechaniki płynów. Ćwiczenia 6. Wyznaczanie przepływu przez rurociągi II

Programowanie ilorazowe #1

Fig. 1. Interferometr A. A. Michelsona.

światła, G stała grawitacji. Proszę wyznaczyć wartości wykładników a i b korzystając z tego, że jednostki miar

5. Równania Maxwella. 5.1 Równania Maxwella 5.2 Transformacja pól 5.3 Fala elektromagnetyczna

KINEMATYKA RELATYWISTYCZNA

Fizyka relatywistyczna

KO OF Szczecin:

u (1.2) T Pierwsza zasada termodynamiki w formie różniczkowej ma postać (1.3)

I. KINEMATYKA I DYNAMIKA

Relacje Kramersa Kroniga

1. Ćwiczenia laboratoryjne z fizyki. Cz II praca zbiorowa pod redakcją I. Kruk i J. Typka. Wydawnictwo Uczelniane PS. Szczecin 2007.

Składowe wektora y. Długość wektora y

Całka nieoznaczona Andrzej Musielak Str 1. Całka nieoznaczona

Maria Dems. T. Koter, E. Jezierski, W. Paszek

1 Postulaty mechaniki kwantowej

Analityczne metody kinematyki mechanizmów

Theory Polish (Poland)

Teoria względności Szczególna teoria względności dr Mikołaj Szopa wykład

1. Pierwsza zasada termodynamiki Matematyczna forma I zasady termodynamiki, czyli zasady zachowania energii

Sformułowanie Schrödingera mechaniki kwantowej. Fizyka II, lato

Część I. MECHANIKA. Wykład KINEMATYKA PUNKTU MATERIALNEGO. Ruch jednowymiarowy Ruch na płaszczyźnie i w przestrzeni.

Szczególna Teoria Eteru

ψ przedstawia zależność

PODSTAWY CHEMII KWANTOWEJ. Jacek Korchowiec Wydział Chemii UJ Zakład Chemii Teoretycznej Zespół Chemii Kwantowej Grupa Teorii Reaktywności Chemicznej

Prognozowanie i symulacje

Szczególna i ogólna teoria względności (wybrane zagadnienia)

Analiza kinematyczna mechanizmów Metoda wektorowych równań konturowych

Konstrukcja modelu dynamiki i podstawowe badania własności obiektu

EFEKTY DYSPERSYJNE ZNIEKSZTAŁCAJĄCE KRÓTKIE IMPULSY LASEROWE. prof. Halina Abramczyk Laboratory of Laser Molecular Spectroscopy

Szczególna Teoria Eteru

W3. PRZEKSZTAŁTNIKI SIECIOWE 2 ( AC/DC;)

16. CHARAKTERYSTYKI CZASOWE UKŁADÓW SLS

WYKŁAD nr Ekstrema funkcji jednej zmiennej o ciągłych pochodnych. xˆ ( ) 0

Wykłady z Hydrauliki- dr inż. Paweł Zawadzki, KIWIS WYKŁAD 3

r i m r Fwyp R CM Dynamika ruchu obrotowego bryły sztywnej

Metody Lagrange a i Hamiltona w Mechanice

WYŻSZA SZKOŁA INFORMATYKI STOSOWANEJ I ZARZĄDZANIA

WZROST GOSPODARCZY A BEZROBOCIE

Ruch płaski. Bryła w ruchu płaskim. (płaszczyzna kierująca) Punkty bryły o jednakowych prędkościach i przyspieszeniach. Prof.

ZAŁOŻENIA NEOKLASYCZNEJ TEORII WZROSTU EKOLOGICZNIE UWARUNKOWANEGO W MODELOWANIU ZRÓWNOWAŻONEGO ROZWOJU REGIONU. Henryk J. Wnorowski, Dorota Perło

IV.5. Promieniowanie Czerenkowa.

Mechanika relatywistyczna

WYZNACZANIE OGNISKOWEJ SOCZEWEK CIENKICH ZA POMOCĄ ŁAWY OPTYCZNEJ

Stan równowagi chemicznej

Rozdział 5. Detekcja ciężkich jonów

Dynamika relatywistyczna

Fale elektromagnetyczne spektrum

Transkrypt:

3.5. Transformaja Lorenza Informayka 0/ Rozważmy wa inerjalne kłay oniesienia: Waka S i porszająy się wzglęem niego kła Jaka S. Przyjmijmy, że w hwili 0 poząki ob kłaów pokrywają się, osie są o siebie opowienio równoległe, a prękość kła Jaka jes równoległa o osi i. Wykła 7 Waek S y z y S y Jaek Jaek z r y P Po zasie Jaek przeswa się o wzglęem Waka. Współrzęne pająka (zarzenie) w kłazie S:,y,z,, w kłazie S :,y,z,. Każy z nih zmierzy: Waek w kł.s skróenie : + Jaek w kł.s skróenie : + Z powyższyh wzorów osaniemy związki pomięzy współrzęnymi w ob kłaah.

Wykła 7.. / y y z z i ransformaja Lorenza przehozi w ransformaję Galilesza. Dla, γ 0. /,,, z z y y + + Transformaja współrzęnyh Lorenza pozwala powiązać ze sobą współrzęne różnyh kłaów inerjalnyh porszająyh się wzglęem siebie z. Informayka 0/

Wykła 7 Obserwaja efeków relaywisyznyh Informayka 0/ Wyłżenie zas żyia mionów hp://www.fw.e.pl/~ajk/pbli/scien CE/osmishower_H300.jpg kła mionów S Skróenie oległośi o Ziemi 3 kła S laboraorim Dylaaja zas żyia ząsek µ Liniowy akeleraor w Sanfor 3, km łgośi. Dla elekronów porszająyh się z szybkośią 0,9999995 jego łgość wynosi ylko 3, mera.

Wykła 7 Informayka 0/ 3.6. Wzglęność równozesnośi zarzeń oalonyh Zjawiska zahoząe jenoześnie ( ) w wóh różnyh miejsah ( ) w kłazie S, nie są jenozesne ( ) z pnk wizenia obserwaora w kłazie S porszająego się wzglęem S. ' ' ( ) γ S kła prom S jenozesne Zarzenie Zarzenie 4

Wykła 7 Jenoześnie! Informayka 0/ Jeno po rgim 5

3.7. Transformaja prękośi Ze sak kosmiznego leąego w kiernk Marsa z szybkośią 0,99 wysłano impls świelny. Jaką prękość impls zarejesrje obserwaor na Marsie? Wykła 7 Informayka 0/ Transformaja Galilesza ałaby wynik sprzezny z poslaem Einseina, że ons. + 0, 99 0,99 +,99,99 hp://www.bisbos.om/rokesiene/spaeraf/nera /missionpis/3.jpg Dla skłaowej wyrażenie orzymane z ransformaji Lorenza ma posać:, lb + + Sprawźmy, o orzymamy jeśli zasosjmy ransformaję Lorenza : Szybkość świała w kłazie S sak wynosiła, i aki sam wynik osaliśmy w kłazie S Marsa zasosowawszy ransformaje Lorenza!. 6

Informayka 0/ Wykła 7 7 z y Wyprowazenie wzorów na ransformaję skłaowyh wekora prękośi: ' γ γ γ ) ( γ y y y γ z z z ' ( ) γ γ y γ z Transformaja skłaowyh prękośi ( ) / / γ

przykła Wykła 7 Informayka 0/ Saek kosmizny oalająy się o Ziemi z prękośią 0,90 wysyła jeną sonę w kiernk swojego rh, rgą w kiernk prosopałym. Prękośi son wzglęem sak w ob przypakah wynoszą 0,70. Jaka jes prękość son wzglęem Ziemi? Szybkość sony 0,70 jes zmierzona w kłazie S sak kosmiznego, zyli jes o lb y.szybkość kła S wynosi 0,90. Mamy wyznazyć w kłazie S Ziemi. y y + Korzysamy ze wzorów na ransformaję prękośi: 0,70 + + 0, 70 0,90 0,90 + 0 0, 70 + 0,90 0,90 + 0, 70 0,70,60 0,98,63 ˆ s i 0,98, 0,3 ˆ ˆ 0,90 ˆ s i + y j i + 0,3 ˆ. j 8

Wykła 7 DYNAMIKA RELATYWISTYCZNA Informayka 0/ 9

3.8. Pę relaywisyzny Akeleraor w CERN-ie o obwozie 7 km. Znajje się w nel na głębokośi około 00 m. W największym na świeie akeleraorze ząsek elemenarnyh, zw. Wielkim Zerzaz Haronów (LHC) w CERN w pobliż Genewy, proony są rozpęzane o prękośi relaywisyznyh i poawane zerzeniom. Czy przy akih prękośiah spełnione jes prawo zahowania pę? W mehanie klasyznej obserwaorzy w różnyh inerjalnyh kłaah oniesienia obserwją zerzenie wóh ząsek wprawzie zmierzą różne ih prękośi, ale każy swierzi, że jeśli na ząski nie ziałają siły zewnęrzne, o pę kła jes zahowany. Aby pozas zerzeń ząsek relaywisyznyh pę był zahowany, należy zmienić jego efiniję. Symlaja efek zerzenia ząsek w LHC. Wykła 7 Informayka 0/ 0

m p mγ. Wykła 7 Pę w ynamie relaywisyznej efinijemy wzorem: p m Informayka 0/ p rel mγ m o masa spozynkowa ząski, j. zmierzona la ząski znajjąej się w spozynk. 0,5 p m klas Przy akiej efiniji prawo zahowania pę jes spełnione. Wprowaza się pojęie masy relaywisyznej: m rel mγ. Dla << wzór przehozi w efiniję klasyzną: rel p m 0 p m klas

Wykła 7 3.9. Uogólnienie rgiej zasay ynamiki Informayka 0/ Przypomnijmy, że najbarziej ogólna posać rgiej zasay ynamiki Newona wyrażona jes poprzez zmianę pę w zasie: p F Doświazenia powierzają słszność ak sformłowanej zasay ynamiki również w przypakah relaywisyznyh, po warnkiem, że wysępjąy w niej pę jes zefiniowany wzorem : m F. Ponieważ relaywisyzny pę nie jes wpros proporjonalny o prękośi, szybkość zmiany pę w zasie nie jes wpros proporjonalna o przyspieszenia ( jak w przypakah klasyznyh): ( mγ ) mγ + m γ mγ a + m γ, W konsekwenji sała siła nie powoje sałego przyspieszenia, a w ogólnym przypak przyspieszenie nie jes równoległe o siły wypakowej.

Relaywisyzne pęy ząski elemenarne (elekron, proon) osiągają w akeleraorah liniowyh, przyspieszane polem elekryznym: p rel q, ε p rel q ε, ε gzie - naężenie pola elekryznego, a prękość poząkowa równa zer. Mamy o zynienia z przypakiem siły równoległej o prękośi, w kórym przyspieszenie ząski: hp://ploa.wikimeia.org/wikipeia/ommons//3/ap s_linear_aeleraor.jpg a q 3 mγ Wizimy, że w miarę wzros prękośi ząski przyspieszenie wywołane przez sałą siłę maleje! W konsekwenji ząska o niezerowej masie spozynkowej nie może osiągnąć szybkośi równej szybkośi świała. Klasyzne poejśie o zaganienia rh ząski po wpływem sałej siły nie narza żanego ogranizenia po osaezni łgim zasie ząska może zyskać owolną prękość. Obserwaorzy w różnyh inerjalnyh kłaah oniesienia mierzą różne siły ziałająe na ę samą ząskę. Oznaza o, że siła nie jes niezmienniza wzglęem ransformaji Lorenza (w klasyznej ransformaji Galilesza była niezmienniza). Informayka 0/ Wykła 7 3 ε

Informayka 0/ hp://www.insiesory.iop.org/images/linear_aeleraor.jpg Akeleraory znalazły zasosowanie o walki z rakiem. Są źrółami promieniowania, γ, proonów, neronów lb iężkih jonów, sosowanyh w iagnosye meyznej i erapii. 3.0. Energia relaywisyzna Wiemy, że praa sił zmieniająyh prękośi ząski jes równa przyrosowi jej energii kineyznej. Oblizają praę wykonaną przez siłę rozpęzająą ząskę ze san spozynk o relaywisyznej prękośi znajjemy relaywisyzną energię kineyzną W : E k 0 E k m m m γ ( / ) m. Wyrażenie m o energia spozynkowa, kórą ząska posiaa bęą w spozynk: E 0 m Wykła 7 4

E 0 m Wykła 7 Informayka 0/ oznaza, że każej masie bezwłanej opowiaa śiśle określona energia. Całkowia energia ząski swobonej bęąej w rh jes smą jej energii kineyznej i spozynkowej: E E + k m, Zapamięaj, że m E ( / ) m γ.. Energia relaywisyzna zawsze oania i śiśle określona.. Dla << wzór relaywisyzny na E k przehozi w klasyzny: 0 E k m 3. Całkowia energia kła izolowanego E m jes zahowywana (w anym kłazie inerjalnym). γ E k m 0,5 rela klas 4. Zależność mięzy ałkowią energią a pęem : E p + 4 m. 0,5 5

3.. Równoważność masy i energii Wykła 7 Powróćmy o zrewiowanej zasay zahowania energii: Informayka 0/ ałkowia energia kła izolowanego nie lega zmianie. Jeśli zaem zmaleje smaryzna energia spozynkowa akiego kła ząsek, msi się pojawić energia w jakiejś innej posai. Z akimi syajami mamy o zynienia pozas reakji hemiznyh lb jąrowyh: m poz m koń + E gzie E o energia reakji powsała koszem zmiany masy: Niewielkie ilośi maerii mogą zamieniać się w wielkie ilośi energii! E m rel. W gwiazah reakja synezy, w kórej wa jąra woor łązą się w jeno jąro wyzwala olbrzymie ilośi energii powsałej koszem masy nowego jąra. Wnęrze gwiazy o wysokoemperarowa plazma. Jej energia kineyzna (emperara!) wysarzająa o przezwyiężenia opyhania elekrosayznego mięzy proonami. 6

Przykła równoważnośi masy i energii Wykła 7 Informayka 0/ Masa kła związanego jes mniejsza o smy mas jego ząsek o E b /, gzie E b o energia wiązania. energia spozynkowa proon p, m p : energia spozynkowa neron n, m n : sma energii spozynkowyh p i n: energia spozynkowa jąra eer H: 938,7 MeV 939,565 MeV 877,837 MeV 875,63 MeV Energia wiązania jąra eer E b, MeV (m p +m n ) - m Deer E b,66054 0 7 kg 93,5 MeV / ev,60 0 9 J Niewielkie ilośi maerii mogą zamieniać się w wielkie ilośi energii! 7

Wykła 7 Informayka 0/ Bomba aomowa 8 Termizny neron (3k B T/) przehwyony przez jąro ran 35 powoje jego rozszzepienie, a ypowa reakja (jena z możliwyh): 35 0 36 4 9 9 U + n 9 U 56 Ba + 36Kr + 0 n E m M ( M + M ) 93,3 MeV/ U Kr Ba Elekrownie aomowe Reakja rozszzepienia iężkih jąer wyzwala olbrzymie ilośi energii.

Posmowanie Przekonaliśmy się, że wszyskie wzory szzególnej eorii wzglęnośi w graniy małyh prękośi przehozą we wzory klasyzne, a ransformaja Lorenza w ransformaję Galilesza. Wykła 7 Barbara Oleś, PK, WIEiK Informayka 0/ Naswa się zaem wniosek, że Teoria Einseina nie jes sprzezna z klasyzną mehaniką, ylko obejmje szerszy zakres zjawisk. Klasyzna mehanika pozosaje słszna w zakresie szybkośi żo mniejszyh o. 9