Презентация по физике "Теория относительности" 11 класс

Теория относительности

Цель

• Изучение основ специальной теории относительности – постулатов СТО;
• формирование физического мировоззрения, ответственности, которая стоит перед учеными за последствия применения научных открытий перед человечеством;
• развитие познавательного интереса к предмету, умения логически мыслить, анализировать, сопоставлять научные факты.

Мир, в котором мы живем, сложен и многообразен. Издавна человек стремился познать окружающий его мир. Исследования шли в трех направлениях:

• Поиск элементарных составляющих, из которых образована вся окружающая материя.
• Изучение сил, связывающих элементарные составляющие материи.
• Описание движение частиц под действием известных сил.

Взгляды философов на природу материи

•   Сторонники одной школы (Демокрит, Эпикур) утверждали, что нет ничего, кроме атомов и пустоты, в которой движутся атомы. Они рассматривали атомы как мельчайшие неделимые частицы, вечные и неизменные, пребывающие в постоянном движении и различающиеся формой и величиной.
• Сторонники другого направления придерживались прямо противоположной точки зрения. Они считали, что вещество можно делить бесконечно.

Современные взгляды

Мельчайшие частицы вещества, сохраняющие его химические свойства - это молекулы и атомы. Атомы в свою очередь имеют сложную структуру и состоят из атомного ядра и электронов. Атомные ядра состоят из нуклонов - нейтронов и протонов. Нуклоны в свою очередь состоят из кварков.

Новая физика на рубеже веков - теория относительности, квантовая теория.

Из истории

Как-то А. Эйнштейну указали на несоответствие его формул и фактов, на что он ответил: "Тем хуже для фактов".

СТО

Теория, заменившая механику Ньютона при описании движения тел со скоростями, близкими к скорости света. При малых скоростях различия между результатами СТО и ньютоновской механикой становятся незначительными.

СТО

Специальная теория относительности была разработана в начале XX века усилиями Г. А. Лоренца, А. Пуанкаре и А. Эйнштейна

А. Пуанкаре

Высказал предположение о принципиальной не наблюдаемости движения относительно эфира.

Г. А. Лоренц

«Положение вещей было бы удовлетворительным, если бы можно было с помощью определенных основных допущений показать, что многие электромагнитные явления строго, то есть без какого-либо пренебрежения членами высших порядков, не зависят от движения системы. … На скорость налагается только то ограничение, что она должна быть меньше скорости света»

А. Эйнштейн

создатель общей теории относительности

История создания СТО

Говорят, что прозрение пришло к Альберту Эйнштейну в одно мгновение. Ученый якобы ехал на трамвае по Берну (Швейцария), взглянул на уличные часы и внезапно осознал, что если бы трамвай сейчас разогнался до скорости света, то в его восприятии эти часы остановились бы — и времени бы вокруг не стало. Это и привело его к формулировке одного из центральных постулатов относительности — что различные наблюдатели по-разному воспринимают действительность, включая столь фундаментальные величины, как расстояние и время .

Создание СТО

Эйнштейн осознал, что описание любого физического события или явления зависит от системы отсчета, в которой находится наблюдатель.

Пример: если пассажирка трамвая, например, уронит очки, то для нее они упадут вертикально вниз, а для пешехода, стоящего на улице, очки будут падать по параболе, поскольку трамвай движется, в то время как очки падают. У каждого своя система отсчета.

Принцип относительности

законы природы одни и те же для всех систем отсчета, движущихся с постоянной скоростью.

Немного истории

Отцом принципа относительности считается Галилео Галилей, который обратил внимание на то, что находясь в замкнутой физической системе, невозможно определить, покоится эта система или равномерно движется.

Принцип относительности Галилея

В своей книге «Диалоги о двух системах мира» Галилей сформулировал принцип относительности следующим образом: Для предметов, захваченных равномерным движением, это последнее как бы не существует и проявляет своё действие только на вещах, не принимающих в нём участия.

Постулаты СТО

Скорость света не зависит от скорости движения источника во всех инерциальных системах отсчёта.

Математические основы СТО

СТО

Экспериментальные исследования показали, что полная энергия частицы, движущейся со скоростью v, близкой к скорости света c, выражается следующей формулой

Специальная теория относительности

Большинство парадоксальных и противоречащих интуитивным представлениям о мире эффектов, возникающих при движении со скоростью, близкой к скорости света, предсказывается именно специальной теорией относительности. Самый известный из них — эффект замедления хода часов, или эффект замедления времени. Часы, движущиеся относительно наблюдателя, идут для него медленнее, чем точно такие же часы у него в руках.

Кривизна пространства-времени

Общая теория относительности

Общая теория относительности делает мир четырехмерным: к трем пространственным измерениям добавляется время. Все четыре измерения неразрывны, поэтому речь идет уже не о пространственном расстоянии между двумя объектами, как это имеет место в трехмерном мире, а о пространственно-временных интервалах между событиями, которые объединяют их удаленность друг от друга — как по времени, так и в пространстве.

Графическая иллюстрация искривления пространства-времени под воздействием материальных тел. Слева — незначительная воронка, образовавшаяся под воздействием Солнца; в центре — гравитационное поле более тяжелой нейтронной звезды; справа — глубокая воронка без дна, представляющая черную дыру.

Применение

Общая теория относительности помогает объяснить явления, которые мы наблюдаем в космосе. 

Примеры: незначительные отклонения Меркурия от стационарной орбиты; искривление электромагнитного излучения далеких звезд при его прохождении в непосредственной близости от Солнца.

Ошибки теории

Итак, приходится признать, что теория относительности не доказана экспериментальным путем, а все так называемые доводы и доказательства вызывают резонные возражения.

Пример: Если время не замедляется, как обещал нам Эйнштейн, то инопланетяне никогда не доберутся до нас, равно как и мы до них. Человек, отправившийся в великое космическое путешествие старится теми же темпами, что и его брат-близнец - домосед, дряхлеющий где-нибудь в городской квартирке .

СТО

мир состоит из... незримо тонких, вибрирующих нитей. От характера их колебаний зависит облик элементарных частиц ( противоречит квантовой физике)

С математической точки зрения теория относительности выстроена, в самом деле, безупречно. "Ошибку", заложенную в ней, мы осознаем только сейчас: теория эта не имеет никакого отношения к реальной действительности. Причина тут кроется в особенностях мышления Эйнштейна. Для него мироздание представлялось областью чистой кинематики. Предложенные им формулы учитывали одни лишь особенности движения тел.

В честь А.Эйнштейна названы:

• Эйнштейний- единица энергии, применяемая в фотохимии.
• элемент №99 Эйнштейний в Периодической системе элементов Менделеева.
• астероид 2001 Эйнштейн.
• кратер на Луне.
• квазар Крест Эйнштейна.
• премия мира имени А. Эйнштейна.
• многочисленные улицы городов мира.

Вопросы

• Сформулировать классический принцип относительности. Что он утверждает?
• Что можно сказать о причинно-следственных связях в классической физике?
• Зачем классической механике требовался эфир?
• Что обнаружили наблюдения оптических явлений в свойствах эфира?
• Какой выход нашел Альберт Эйнштейн из тупиковой ситуации, в которой оказалась проблема эфира?

1. Какие из приведенных ниже утверждений соответствуют постулатам теории относительности:

• 1 - все процессы природы протекают одинаково в любой инерциальной системе отсчета;
• 2 - скорость света в вакууме одинакова во всех системах отсчета;
• 3 - все процессы природы относительны и протекают в различных системах отсчета неодинаково?
• А . Только 1 Б. Только 2 В. Только 3 Г. 1 и 2 Д. 1 и 3 Е. 2 и 3 Ж. 1, 2 и 3.

2. Понятие одновременности событий является: А . Неабсолютным

Б . Абсолютным

3. Скорость космического корабля увеличилась от 0 до 0,5 с . Как изменилась масса и импульс тела для наблюдателя в системе отсчета, связанной с Землей?

А . Не меняется Б. Уменьшается В. Увеличивается

Реши задачи

• Какую массу удалось бы поднять на высоту 50 м за счет энергии при полном превращении 0,5 г массы в энергию?
• Первый космический корабль стартует с Земли со скоростью V 1 = 0,68 с . Второй космический корабль стартует с первого космического корабля в том же направлении со скоростью V 2 = 0,86 с . Вычислите скорость второго космического корабля относительно Земли.