У своїй праці "До електродинаміки рухомих тіл», опублікованій в 1905р., Ейнштейн сформулював більш точну теорію механіки бистродвіжущихся тіл - спеціальну теорію відносності. (1)
Спеціальна теорія відносності (СТО) застосовна для тіл, що рухаються зі швидкістю, близькою до швидкості світла у вакуумі (v ~ с). Основні наслідки цієї теорії наступні.
Маса частки залежить від швидкості її руху:
m0-маса спокою частки.
Поздовжня довжина тел скорочується, згідно з формулою:
l0-Власна довжина тіла при V = 0.
Рухомі годинник йде повільніше:
? T0-власний час, виміряний за нерухомим щодо спостерігача годинах.
Кінетична енергія релятивістської частки:
де - повна енергія частинки,
- Енергія спокою.
Закон взаємозв'язку маси частинки з її повною енергією записується як
(2)
Вихідними для побудови теорії відносності є два закони природи, що одержали підтвердження в самих різних явищах руху. Ці закони були сформульовані Ейнштейном у наступному вигляді:
1. «Закони, за якими змінюються стану фізичних систем, не залежать від того, до якої з двох координатних систем, що знаходяться відносно один одного в рівномірному поступальному русі, ці зміни стану ставляться».
2. «Кожен промінь світла рухається в« спочиває »системі координат з певною швидкістю, незалежно від того, випускається цей промінь світла почилих або рухомим тілом».
Перший закон поширює закон еквівалентності інерційних систем (закон відносності класичної механіки Галілея - Ньютон) на широкий клас фізичних явищ. Другий закон встановлює сталість швидкості світла незалежно від швидкості руху джерела світла. (1)
Другий закон здається найбільш парадоксальним. Справді, при вивченні руху тіл зі швидкостями, малими в порівнянні зі швидкістю світла, ми переконуємося і теоретично, і експериментально, що швидкість тіла відносно нерухомої системи координат залежить від руху «платформи», з якою кидання тіла виробляється. Так м'яч, кинутий у напрямку руху поїзда, буде мати по відношенню до Землі велику швидкість, ніж м'яч, кинутий з нерухомого поїзда. Для випадку прямолінійного руху результуюча швидкість буде дорівнює алгебраїчній сумі доданків швидкостей. При русі платформи і тіла в одну сторону результуюча швидкість буде дорівнює арифметичній сумі швидкостей і буде підраховуватися за формулою:
рез .= ,
де Vрез. Є результуюча швидкість тіла по відношенню до Землі, - швидкість платформи, - швидкість тіла по відношенню до платформи.
З цього рівняння випливає, що результуюча швидкість завжди менша за швидкість світла. Навіть у граничному випадку, коли = с, = с,
Істотні зміни зазнають і інші поняття механіки. Маса тіла в задачах спеціальної теорії відносності залежить від швидкості руху тіла:
У цій формулі - маса тіла при v = 0 (маса «спокою»), m-маса тіла, що рухається зі швидкістю v, і маса тіла необмежено зростає, якщо його швидкість наближається до швидкості світла.
Час в теорії відносності не є універсальним; для рухомого спостерігача час тече повільніше, ніж для нерухомого. Зв'язок часів, які показуються почилих і рухомими годинами, визначається формулою, де - час, що розраховується нерухомими годинами, а t-час, що показується годинами, що рухаються зі швидкістю v відносно нерухомої системи. Для звичайних завдань механіки величина дуже мала в порівнянні з одиницею, і механіка Ньютона дає досить точні результати.
При швидкостях, близьких до швидкості світла, уточнення, що даються теорією відносності, набувають принциповий характер і в даний час, наприклад, конструювання прискорювачів, визначення часу життя елементарних частинок і експериментальне визначення маси бистродвіжущихся тіл не можуть бути проведені без урахування результатів, що випливають із спеціальної теорії відносності. (3)
Список літератури
1. том 3
2 А. І. Маркушевич, А. М. Кузнєцова, І. В. Петрянов.
3. Сополі Є.Ф. .