Temat XXXIII. Szczególna Teoria Względności

Podobne dokumenty
Zasady względności w fizyce

CZAS I PRZESTRZEŃ EINSTEINA. Szczególna teoria względności. Spotkanie I (luty, 2013)

III.2 Transformacja Lorentza położenia i czasu.

Szczególna teoria względności

TRANFORMACJA GALILEUSZA I LORENTZA

III.1 Ruch względny. III.1 Obserwacja położenia z dwóch różnych układów odniesienia. Pchnięcia (boosts) i obroty.metoda radarowa. Wykres Minkowskiego

ver teoria względności

Interwał, geometria czasoprzestrzeni Konsekwencje tr. Lorentza: dylatacja czasu i kontrakcja długości

Fizyka 1 (mechanika) AF14. Wykład 12

Szczególna i ogólna teoria względności (wybrane zagadnienia)

FIZYKA 2. Janusz Andrzejewski

Podstawy fizyki wykład 9

Kinematyka, Dynamika, Elementy Szczególnej Teorii Względności

Elementy fizyki relatywistycznej

Geometria analityczna

MECHANIKA RELATYWISTYCZNA (SZCZEGÓLNA TEORIA WZGLĘDNOŚCI)

Równania dla potencjałów zależnych od czasu

MECHANIKA RELATYWISTYCZNA. Rys. Transformacja Galileusza

Spis treści. Przedmowa PRZESTRZEŃ I CZAS W FIZYCE NEWTONOWSKIEJ ORAZ SZCZEGÓLNEJ TEORII. 1 Grawitacja 3. 2 Geometria jako fizyka 14

Ruch jednostajnie zmienny prostoliniowy

Szczególna teoria względności

CZAS I PRZESTRZEŃ EINSTEINA. Szczególna teoria względności. Spotkanie II ( marzec/kwiecień, 2013)

Rozwiązywanie równań nieliniowych

Transformacja Lorentza Wykład 14

Przykładowe rozwiązania

KLASA II TECHNIKUM POZIOM PODSTAWOWY PROPOZYCJA POZIOMÓW WYMAGAŃ

Czym zajmuje się teoria względności

FUNKCJA LINIOWA, RÓWNANIA I UKŁADY RÓWNAŃ LINIOWYCH

Feynmana wykłady z fizyki. [T.] 1.1, Mechanika, szczególna teoria względności / R. P. Feynman, R. B. Leighton, M. Sands. wyd. 7.

Postulaty szczególnej teorii względności

Konsultacje. Poniedziałek 9-11 Piątek 11-13

FUNKCJA LINIOWA - WYKRES

WYMAGANIA EDUKACYJNE Z MATEMATYKI DLA KLASY III

3. FUNKCJA LINIOWA. gdzie ; ół,.

Definicja i własności wartości bezwzględnej.

Kinematyka relatywistyczna

Równania Pitagorasa i Fermata

Funkcje wymierne. Funkcja homograficzna. Równania i nierówności wymierne.

XXXV. TEORIA WZGLĘDNOŚCI

Geometria analityczna - przykłady

Egzamin maturalny z matematyki Poziom podstawowy ZADANIA ZAMKNIĘTE. W zadaniach 1-25 wybierz i zaznacz na karcie odpowiedzi poprawną odpowiedź.

MATEMATYKA Przed próbną maturą. Sprawdzian 1. (poziom podstawowy) Rozwiązania zadań

ODPOWIEDZI I SCHEMAT PUNKTOWANIA ZESTAW NR 2 POZIOM PODSTAWOWY. Etapy rozwiązania zadania

Rozważania rozpoczniemy od fal elektromagnetycznych w próżni. Dla próżni równania Maxwella w tzw. postaci różniczkowej są następujące:

n=0 (n + r)a n x n+r 1 (n + r)(n + r 1)a n x n+r 2. Wykorzystując te obliczenia otrzymujemy, że lewa strona równania (1) jest równa

V.6 Pęd i energia przy prędkościach bliskich c

FIZYKA Podręcznik: Fizyka i astronomia dla każdego pod red. Barbary Sagnowskiej, wyd. ZamKor.

ELEMENTY MECHANIKI RELATYWISTYCZNEJ

Redukcja dowolnego układu wektorów, redukcja w punkcie i redukcja do najprostszej postaci

Księgarnia PWN: David J. Griffiths - Podstawy elektrodynamiki

Dział I FUNKCJE I ICH WŁASNOŚCI

SIMR 2016/2017, Analiza 2, wykład 1, Przestrzeń wektorowa

Mechanika. Wykład 2. Paweł Staszel

Poniżej przedstawiony został podział wymagań na poszczególne oceny szkolne:

Zasada Fermata mówi o tym, że promień światła porusza się po drodze najmniejszego czasu.

LUBELSKA PRÓBA PRZED MATURĄ 2018 poziom podstawowy

WYMAGANIA WSTĘPNE W ZAKRESIE WIEDZY, UMIEJĘTNOŚCI I INNYCH KOMPETENCJI

Zagadnienia na egzamin ustny:

8. TRYGONOMETRIA FUNKCJE TRYGONOMETRYCZNE KĄTA OSTREGO.

PRÓBNA MATURA ZADANIA PRZYKŁADOWE

Matematyka z kluczem. Układ treści w klasach 4 8 szkoły podstawowej. KLASA 4 (126 h) część 1 (59 h) część 2 (67 h)

Kryteria oceniania z matematyki Klasa III poziom rozszerzony

FUNKCJA LINIOWA. A) B) C) D) Wskaż, dla którego funkcja liniowa określona wzorem jest stała. A) B) C) D)

WYMAGANIA EDUKACYJNE NIEZBĘDNE DO OTRZYMANIA PRZEZ UCZNIA POSZCZEGÓLNYCH ŚRÓDROCZNYCH I ROCZNYCH OCEN KLASYFIKACYJNYCH Z MATEMATYKI

Kinematyka relatywistyczna

Podstawy elektrodynamiki / David J. Griffiths. - wyd. 2, dodr. 3. Warszawa, 2011 Spis treści. Przedmowa 11

cx cx 1,cx 2,cx 3,...,cx n. Przykład 4, 5

PRÓBNA MATURA ZADANIA PRZYKŁADOWE

Widmo fal elektromagnetycznych

ZASADY DYNAMIKI. Przedmiotem dynamiki jest badanie przyczyn i sposobów zmiany ruchu ciał.

M10. Własności funkcji liniowej

Egzamin ustny z matematyki semestr II Zakres wymaganych wiadomości i umiejętności

gęstością prawdopodobieństwa

Geometria. Rozwiązania niektórych zadań z listy 2

Kryteria oceniania z matematyki Klasa III poziom podstawowy

POWTÓRKA ROZDZIAŁU III FUNKCJA LINIOWA

Zadanie 3 Oblicz jeżeli wiadomo, że liczby 8 2,, 1, , tworzą ciąg arytmetyczny. Wyznacz różnicę ciągu. Rozwiązanie:

FUNKCJE I RÓWNANIA KWADRATOWE. Lekcja 78. Pojęcie i wykres funkcji kwadratowej str

WYMAGANIA EDUKACYJNE NIEZBĘDNE DO UZYSKANIA ŚRÓDROCZNYCH I ROCZNYCH OCEN KLASYFIKACYJNYCH Z MATEMATYKI W KLASIE III GIMNAZJUM

FUNKCJA LINIOWA - WYKRES. y = ax + b. a i b to współczynniki funkcji, które mają wartości liczbowe

Funkcja liniowa - podsumowanie

TRYGONOMETRIA FUNKCJE TRYGONOMETRYCZNE KĄTA SKIEROWANEGO

Fala elektromagnetyczna o określonej częstotliwości ma inną długość fali w ośrodku niż w próżni. Jako przykłady policzmy:

Lista działów i tematów

Matematyka z kluczem. Układ treści w klasach 4 8 szkoły podstawowej. KLASA 4 (126 h) część 1 (59 h) część 2 (67 h)

Geometria. Hiperbola

3. Model Kosmosu A. Einsteina

WYMAGANIA EDUKACYJNE Z MATEMATYKI DLA KLASY TRZECIEJ NA ROK SZKOLNY 2011/2012 DO PROGRAMU MATEMATYKA Z PLUSEM

Model odpowiedzi i schemat oceniania do arkusza I

Arkusz maturalny nr 2 poziom podstawowy ZADANIA ZAMKNIĘTE. Rozwiązania. Wartość bezwzględna jest odległością na osi liczbowej.

Geometria Struny Kosmicznej

WYMAGANIA EDUKACYJNE Z MATEMATYKI DLA KLASY DRUGIEJ LICEUM OGÓLNOKSZTAŁCĄCEGO ZAKRES PODSTAWOWY

EGZAMIN MATURALNY Z MATEMATYKI MAJ 2013 POZIOM PODSTAWOWY. Czas pracy: 170 minut. Liczba punktów do uzyskania: 50 WPISUJE ZDAJĄCY

Rozdział VII. Przekształcenia geometryczne na płaszczyźnie Przekształcenia geometryczne Symetria osiowa Symetria środkowa 328

EGZAMIN MATURALNY Z MATEMATYKI

Celem ćwiczenia jest badanie zjawiska Dopplera dla fal dźwiękowych oraz wykorzystanie tego zjawiska do wyznaczania prędkości dźwięku w powietrzu.

teoria wzgl wzgl dności

dr Mariusz Grządziel 15,29 kwietnia 2014 Przestrzeń R k R k = R R... R k razy Elementy R k wektory;

RÓWNANIA MAXWELLA. Czy pole magnetyczne może stać się źródłem pola elektrycznego? Czy pole elektryczne może stać się źródłem pola magnetycznego?

Równania Maxwella. prawo Faraday a. I i uogólnione prawo Ampera. prawo Gaussa. D ds = q. prawo Gaussa dla magnetyzmu. si la Lorentza E + F = q( Fizyka

Transkrypt:

Temat XXXIII Szczególna Teoria Względności

Metoda radiolokacyjna

Niech w K znajduje się urządzenie nadawcze o okresie T, mierzonym w układzie K Niech K oddala się od K z prędkością v wzdłuż osi x i rejestruje sygnały z okresem T Zależność między czasem T i T zapiszemy w postaci:t =kt

Zakładamy nadto, że: współczynnik k nie zależy od położenia nadajnika i odbiornika. Nie zależy również od czasu emisji i odbioru sygnału, oraz od kierunku. Słowem zakładamy, że przestrzeń i czas jest jednorodna i izotropowa. Zakładamy również, że k nie zależy od wartości T. Przy tych założeniach szukamy wartości współczynnika k jako funkcji wzajemnej prędkości v obu układów.

Niech sygnał zostanie wysłany w momencie gdy początki obu układów pokrywają się. Po czasie T z K wychodzi sygnał numer. Obserwator w K odbierze ten sygnał po czasie kt, według swojego zegara. Jednocześnie niech sygnał odbije się od zwierciadła w kierunku początku układu K. Obserwator w K stwierdza: sygnał nr. odbiłem w chwili t =0, a sygnał nr. w chwili t =kt. Zatem obserwator A jest też nadawcą sygnału o okresie kt według zegara K

Obserwator w K stwierdza, że układ K oddala się od niego z prędkością o wartości v, zatem odbity sygnał goni oddalający się układ. Sytuacja jest symetryczna i jeżeli żaden inercjalny układ nie jest wyróżniony, odbity sygnał w układzie K zostanie odebrany po czasie kt k T

Rysunkowo

Dla obserwatora w układzie K sygnał nr. był w drodze przez czas: k T T T k W tym czasie przebył drogę: T k c Zatem czas przelotu światła od K do K wynosił T k

Rysunkowo

Odległość KK, w układzie K, w momencie odbicia wynosi T k c W jakim momencie, według zegara K, nastąpiło odbicie sygnału? Drugi sygnał zostaje wysłany w chwili T, a powraca w chwili k T, stąd mamy moment odbicia k T

Rysunkowo

Podsumujmy: Punkt odbicia określiliśmy w układzie K zgodnie ze wzorem T k c Czas odbicia określiliśmy k T w układzie K zgodnie ze wzorem Zatem prędkość K mierzona w układzie K wynosi v k k Tc T

v k Tc v k k k T c k B B Przydatne wzory k k B k k B

Uwaga Zmiana v -> -v oznacza B B k B B k B v c

Dylatacja czasu radarowo Drugi sygnał z układu K wysyłamy po czasie T W układzie K sygnał został odebrany w czasie kt Ale z punktu widzenia K, czas odebrania sygnału k T w K jest T k T k T kt k

k T T k T kt k k = + B B T T T T v c

Przekształcenie Lorentza

Z pomocą metody radiolokacyjnej znajdziemy wzory na przekształcenie współrzędnych między układem K i K. Niech w chwili t=t =0 początki obu układów pokrywają się. W chwili t obserwator A wysyła sygnał do A, który odbiera ten sygnał w chwili t. W chwili dotarcia sygnału do A wysyła on własny sygnał w kierunku sygnału, który do niego dotarł

Niech sygnały docierają to punktu, P gdzie ulegają odbiciu. Dotarcie do punktu P nazwiemy zdarzeniem P W chwili t sygnał wraca do A, jednak część tego sygnału biegnie dalej do A, który odbiera go w chwili t. Obserwator A przypisze zdarzeniu P współrzędną t t t

t t t x t t c Rozwiązując ten układ mamy x t t ; t t c x c

Do podobnych wniosków dochodzi obserwator A t ' t ' t ' x' x' x' c x' ' ' ; ' ' t t t t c x' c

Korzystając z współczynnika k mamy t 0 k t 0 t 0 k t 0 Korzystamy z x' ' ' ; ' ' t t t t c x t t ; t t c x x t k t c c x c t x' c x k t ' c x' c

x x t k t c c x k t ' c Wzory te zapiszemy w postaci dogodnej do rozwiązania ze względu na t i x x x t k t c c x x t t c k c t x' c

x x t k t c c Po rozwiązaniu mamy x x t t c k c k k t t x k kc k k x x ct k kc

Przydatne wzory k k k B k B k k v t t x t t x k kc c k k x x ct x x Vt k kc

Przekształcenia Lorentza t = γ t v c x x = γ x Vt Jeżeli v<<c t t x = γ x Vt

x' ' ' ; ' ' t t t t c x' c x x t k t c c t x k t ' c x' c Równania te mnożymy na krzyż x t c x c t Przy okazji mamy wielkość niezmienniczą ze względu na zmianę układu współrzędnych

Interwał Należy zdać sobie sprawę, że każdy niezmiennik jest cennym nabytkiem teorii i wskazuje na coś ważnego w jej strukturze. Jako taki zasługuje na własną nazwę. Wyliczony niezmiennik nazywa się interwałem x x t t c t x c t x c c c t x c t x

O mierzeniu odległości

Klasycznie 4 3 4 3 y y x x y y x x liczba,,, d y x y x nowa,,, d y y x x y x y x nowa,,, d y y x x y x y x

x x = x x y y Z twierdzenia Pitagorasa mamy Zgodnie z funkcją d nowa otrzymujemy wartość

Matematycy, którzy lubią mieć wszystko uporządkowane zdefiniowali funkcję, która z jednej strony spełnia nasze oczekiwania co do własności odległości a z drugiej strony uogólnia pojęcie odległości. d(p,p ) = d(p,p ) d(p,p )=0 wtedy i tylko wtedy gdy P =P, d(p,p 3 ) d(p,p )+ d(p,p 3 ) (nierówność trójkąta)

Funkcja ta nazywa się metryką i ma następujące właściwości d(p,p ) = d(p,p ) d(p,p )=0 wtedy i tylko wtedy gdy P =P, d(p,p 3 ) d(p,p )+ d(p,p 3 ) (nierówność trójkąta) Naturalną metrykę nazywamy metryką pitagorejską

W geometrii euklidesowej metryka pitagorejska jest niezmiennikiem geometrycznym. Szczególna teoria względności wychodzi poza geometrię euklidesową

Szkoła malowania imienia Hermanna Minkowskiego

Diagram czasoprzestrzenny

Diagram czasoprzestrzenny to wykres w układzie współrzędnych x,ct lub x,y, ct

Punkt na diagramie czasoprzestrzennym nazywamy zdarzeniem Linia świata, to tor cząstki wykreślony na diagramie czasoprzestrzennym

Interwał Interwał jest funkcją zdefiniowaną na współrzędnych par zdarzeń w postaci s c t x y z s c t x y z s c t x y z

Interwał jest niezmiennikiem geometrycznym w teorii względności

Geometria

c t x y z c t x y z c t x y z t Interwał jednostkowy definiuje układ hiperbol jednostkowych - - x Tak zdefiniowaną przestrzeń nazywamy przestrzenią Minkowskiego

W dwóch wymiarach przestrzennych

Interwał nie spełnia warunków nałożonych na metrykę - nie jest metryką Dwa zdarzenia A i B leżą na linii światła fotonu. W takim przypadku choć punkty A i B nie pokrywają się ze sobą obliczony dla nich interwał będzie równy zeru.

Stożek świetlny

Stożek świetlny jest zdefiniowany przez zbiór możliwych linii świata światła przechodzącego przez dany punkt (zdarzenie)

Rodzaje interwałów s c t x y z s 0 czasowy s 0 zerowy s 0 przestrzenny Brak związków przyczynowych

Powrót do malowania

Paradoks bliźniąt graficznie

Umarł król, niech żyje król!

Wymagania Interwał, rodzaje Hiperbole jednostkowe wykresy Równoczesność na wykresie Stożek świetlny

Przykładowe zadanie Które z równań jest niezmiennicze ze względu na przekształcenia Lorentza: a) pierwsze równanie Maxwella (prawo Gaussa dla pola elektrycznego; b) równanie harmonicznej fali elektromagnetycznej; c) klasyczne równanie ruchu Newtona; d) Trzecie równanie Maxwella (prawo Faradaya).