Тема: Элементы специальной теории относительности

№1

π⁰ -мезон, двигавшийся со скоростью (с – скорость света в вакууме) в лабораторной системе отсчета, распадается на два фотона: g1 и g2. В системе отсчета мезона фотон g1 был испущен вперед, а фотон g2 – назад относительно направления полета мезона. Скорость фотона g2 в лабораторной системе отсчета равна …

-1,0 c

+1,8 c

-0,2 c

+1,0 c

Фотон является частицей, которая может существовать, только двигаясь со скоростью с, то есть со скоростью света в вакууме. Кроме того, согласно одному из постулатов специальной теории относительности – принципу постоянства скорости света, скорость света в вакууме не зависит от движения источника света и, следовательно, одинакова во всех инерциальных системах отсчета. Поэтому скорость фотона g₂ с учетом направления его движения в лабораторной системе отсчета равна:-1,0c .

№2

Космический корабль летит со скоростью ( скорость света в вакууме) в системе отсчета, связанной с некоторой планетой. Один из космонавтов медленно поворачивает метровый стержень из положения 1, перпендикулярного направлению движения корабля, в положение 2, параллельное направлению движения. Длина этого стержня с точки зрения наблюдателя, находящегося на планете, …

изменяется от 1,0 м в положении 1 до 0,6 м в положении 2

изменяется от 1,0 м в положении 1 до 1,67 м в положении 2

равна 1,0 м при любой его ориентации

изменяется от 0,6 м в положении 1 до 1,0 м в положении 2

№3Тело начало двигаться со скоростью, при которой его масса возросла на 30%. При этом длина тела в направлении движения …

уменьшилась в 1,3 раза

увеличилась в 1,3 раза

уменьшилась на 30%

увеличилась на 30%

Решение:
Зависимости релятивистской массы и линейных размеров тела в направлении движения тела от его скорости определяются по формулам: (1), (2). Из формулы (1) Тогда , откуда следует, что длина уменьшилась в 1,3 раза.

№4Ускоритель сообщил радиоактивному ядру скорость (c – скорость света в вакууме). В момент вылета из ускорителя ядро выбросило в направлении своего движения β-частицу, скорость которой относительно ускорителя. Скорость β-частицы относительно ядра равна …

0,5 c

0,27 c

0,88 c

1,64 c

Решение:
Согласно релятивистскому закону сложения скоростей , где – скорость тела относительно неподвижной системы отсчета , – скорость тела относительно движущейся системы отсчета , V – скорость системы относительно К. Отсюда скорость β-частицы относительно ядра .

№5

На борту космического корабля нанесена эмблема в виде геометрической фигуры:

Если корабль движется в направлении, указанном на рисунке стрелкой, со скоростью, сравнимой со скоростью света, то в неподвижной системе отсчета эмблема примет форму, указанную на рисунке …

Решение:

Из преобразований Лоренца следует, что линейный размер тела, движущегося относительно инерциальной системы отсчета со скоростью, сравнимой со скоростью света, уменьшается в направлении движения. Поперечные размеры тела не зависят от скорости его движения и одинаковы во всех инерциальных системах отсчета, поэтому форма тела изменится, как показано на рисунке

№6

Установите соответствие между физическими явлениями и теоритическими положениями,объясняющими эти явления.

1.Сумма масс протона и электрона больше массы атома водорода

2.Два одинаковых стержня движутся навтсречу друг другу.Для наблюдателя в системе отсчета, в которой стержни движутся навстречу друг друг с одинаковыми скоростями,совпадение правых и левых концов стержней происходит одновременно.Для наблюдателя в системе отсчета стержня АB,в которой стержень движется в направлении от A к B,сначала совпадут левые концы стержней(A и ),а затем правые(Bи .В системе отсчета стержня в кот орой движется стержень АB в направлении от к ,сначала совпадут правые концы стержней(Bи ,а затем левые(A и ).

3.Длина движущегося тела сокращается в направлении движения в соответствии с формулой .

4.Если событие B является следствием события А,то наступление события А предшествует наступлению события B во всех инерциальных системах отсчета:

Укажите соответствие для каждого нумерованного задания:

Инвариантность интервала между событиями

Преобразование Лоренца

Относительность одновременности

Принцип относительности

Формула Эйнштейна связи массы и энергии

Решение:

Энергия системы свободных(невзаимодействующих)частиц «протон + электрон» больше энергии системы этих частиц в состоянии атома водорода на энергию ионизации атома.В соответствии с формулой Эйнштейна увеличению энергии системы отвечает увеличение массы: .Зависимость последовательности совпадения концов движущихся стержней от выбора системы отсчета-наглядный пример относительности одновременности.События,одновременные в одной системе отсчета,становятся неодновременными в другой,и даже может меняться порядок их наступления во времени.Сокращение размеров движущегося тела устанавливается с помощью преобразований ,поскольку именно они устанавливают связь между пространственными и временными координатами различных инерциальных систем отсчета.Сохранение причинно-следственых связей,несмотря на относительность одновременности и возможную смену чередования событий во времени,гарантируется инвариантность интервала между событиями относительно преобразований Лоренца.Принцип относительности-один из двух постулатов ,лежащих в основе теории относительности,но для указанных явлений он не дает непосредственного объяснения.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: