Transformacija fizikalnih veličina u relativističkoj teoriji. Postulati teorije relativnosti. Načelo relativnosti Zakoni elektrodinamike i načelo relativnosti kratak

Tema: “Zakoni elektrodinamike i načelo relativnosti. Postulati teorije relativnosti”.

Svrha: formirati razumijevanje učenika o tome kako su se pojmovi prostora i vremena mijenjali pod utjecajem odredaba Einsteinove posebne teorije relativnosti. Upoznati studente sa posebnom teorijom relativnosti, uvesti temeljne pojmove, otkriti sadržaj glavnih odredbi SRT-a, upoznati zaključke SRT-a i eksperimentalne činjenice koje ih potvrđuju.

Oprema: računalo, projektor, prezentacija.

Tijekom nastave.

I. Organizacijski trenutak.

II. Analiza kontrolnog rada.

III. Učenje novog gradiva.

Krajem 19. stoljeća formulirane su glavne odredbe elektrodinamike. Postavilo se pitanje valjanosti Galileovog načela relativnosti primijenjenog na elektromagnetske pojave. U različitim inercijskim sustavima, odvijaju li se elektromagnetski fenomeni na isti način: kako se elektromagnetski valovi šire, kako naboji i struje međusobno djeluju kada se kreću od jednog inercijski sustav drugome?

Inercijalni je takav referentni okvir, u odnosu na koji se slobodna tijela kreću konstantnom brzinom. Utječe li jednoliko pravocrtno gibanje na elektromagnetske procese (ne utječe na mehaničke pojave)? Mijenjaju li se zakoni elektrodinamike pri prelasku iz jednog inercijalnog okvira u drugi, ili kako Newtonovi zakoni ostaju konstantni?

Na primjer, prema zakonima zbrajanja brzina u mehanici, brzina može biti jednaka c=3·10 8 m/s samo u jednom referentnom okviru. U drugom referentnom okviru, koji se i sam kreće brzinom V, brzina svjetlosti mora biti jednaka c̄-V̄. Ali prema zakonima elektrodinamike, brzina Elektromagnetski valovi u vakuumu u različitim smjerovima je c=3 10 8 m/s

Pojavila su se proturječja između elektrodinamike i Newtonove mehanike. Za razrješenje proturječja koja su se pojavila predložene su tri različite metode.

Prvi način bilo je napustiti načelo relativnosti primijenjeno na elektromagnetske pojave. Ovu mogućnost podupirao je utemeljitelj elektronske teorije H. Lorentz (Nizozemac). Tada se vjerovalo da se elektromagnetske pojave događaju u "svjetskom eteru" - to je sveprožimajući medij koji ispunjava cijeli svjetski prostor. Inercijski referentni okvir Lorentz je smatrao okvirom koji miruje u odnosu na eter. U ovom sustavu se strogo poštuju zakoni elektrodinamike, au ovom referentnom okviru brzina svjetlosti u vakuumu je ista u svim smjerovima.

Drugi način bio je proglasiti Maxwellove jednadžbe pogrešnim. G. Hertz ih je pokušao prepisati na takav način da se ne mijenjaju pri prelasku iz jednog inercijalnog okvira u drugi, tj. poput zakona mehanike. Hertz je vjerovao da se eter kreće zajedno s tijelima u gibanju, pa se stoga elektromagnetski procesi odvijaju na isti način, bez obzira na kretanje ili mirovanje tijela. Odnosno, G. Hertz je zadržao načelo relativnosti. Treći način bio je napuštanje tradicionalnih ideja o prostoru i vremenu. Maxwellove jednadžbe i načelo relativnosti su sačuvani, ali su najočiglednije, najosnovnije ideje klasične mehanike morale biti napuštene. Ovakav način rješavanja proturječja na kraju se pokazao ispravnim. Eksperiment je opovrgao i prvi i drugi pokušaj da se isprave proturječnosti koje su se pojavile između elektrodinamike i mehanike, ostavljajući načelo relativnosti nepromijenjenim. Razvijajući treću metodu rješavanja problema, A. Einstein je dokazao da su koncepti prostora i vremena zastarjeli i zamijenio ih novima. Maxwellove jednadžbe, koje je ispravio Hertz, nisu mogle objasniti opažene pojave. Iskustvo je pokazalo da medij ne može za sobom povući svjetlost, jer će povući eter u kojem se svjetlost širi. Pokusi američkih znanstvenika A. Michelsona i E. Morleya dokazali su da ne postoji medij kao što je "svjetlonosni eter". Pokazalo se da je moguće kombinirati Maxwellovu elektrodinamiku i načelo relativnosti s odbacivanjem tradicionalnih ideja o prostoru i vremenu, tj. ni udaljenost ni protok vremena ne ovise o referentnom okviru.

Posebna teorija relativnosti (SRT; također privatna teorija relativnosti) je teorija koja opisuje gibanje, zakone mehanike i prostorno-vremenske odnose pri proizvoljnim brzinama gibanja koje su manje od brzine svjetlosti u vakuumu, uključujući one bliske brzini svjetlosti. U okviru posebne teorije relativnosti, Newtonova klasična mehanika je aproksimacija malih brzina. Generalizacija SRT-a za gravitacijska polja naziva se opća teorija relativnosti.

Odstupanja u tijeku fizikalnih procesa od predviđanja klasične mehanike opisana specijalnom teorijom relativnosti nazivaju se relativistički učinci, a brzine pri kojima takvi učinci postaju značajni nazivaju se relativističke brzine.

Posebna teorija relativnosti razvijena je početkom 20. stoljeća naporima G. A. Lorentza, A. Poincaréa, A. Einsteina i drugih znanstvenika. Michelsonovo iskustvo poslužilo je kao eksperimentalna osnova za stvaranje SRT-a. Njegovi rezultati bili su neočekivani za klasičnu fiziku njegova vremena: neovisnost brzine svjetlosti o smjeru (izotropija) i orbitalno gibanje Zemlje oko Sunca. Pokušaj tumačenja ovog rezultata početkom 20. stoljeća rezultirao je revizijom klasičnih koncepata i doveo do stvaranja posebne teorije relativnosti.

Kada se krećemo brzinom bliskom svjetlosti, zakoni dinamike se mijenjaju. Drugi Newtonov zakon, koji povezuje silu i ubrzanje, mora se modificirati pri brzinama tijela bliskim brzini svjetlosti. Osim toga, izraz za količinu gibanja i kinetičku energiju tijela ima složeniju ovisnost o brzini nego u nerelativističkom slučaju. Posebna teorija relativnosti dobila je brojne eksperimentalne potvrde i prava je teorija u svom području primjenjivosti.

Fundamentalnost posebne teorije relativnosti za fizikalne teorije izgrađene na njezinoj osnovi sada je dovela do činjenice da se sam termin "specijalna relativnost" praktički ne koristi u modernim znanstvenim člancima, obično se govori samo o relativističkoj invarijantnosti zasebnog teorija.

Posebna teorija relativnosti, kao i svaka druga fizikalna teorija, može se formulirati na temelju osnovnih pojmova i postulata (aksioma) plus pravila korespondencije s njezinim fizičkim objektima.

referentni sustav predstavlja određeno materijalno tijelo odabrano kao početak ovog sustava, metodu za određivanje položaja objekata u odnosu na ishodište referentnog sustava i metodu za mjerenje vremena. Obično se razlikuju referentni sustavi i koordinatni sustavi. Dodavanje postupka mjerenja vremena koordinatnom sustavu "pretvara" ga u referentni sustav.

Inercijalni referentni sustav (ISO) - ovo je takav sustav, u odnosu na koji se objekt, koji nije podložan vanjskim utjecajima, kreće ravnomjerno i pravocrtno.

događaj zove bilo koji fizički proces, koji se može lokalizirati u prostoru, a pritom imati vrlo kratko trajanje. Drugim riječima, događaj je u potpunosti karakteriziran koordinatama (x, y, z) i vremenom t.

Primjeri događaja su: bljesak svjetlosti, položaj materijalne točke u određenom trenutku vremena itd. Obično se razmatraju dva inercijalna okvira S i S. Vrijeme i koordinate nekog događaja mjereni u odnosu na okvir S su označeno kao (t, x, y, z) , a koordinate i vrijeme istog događaja, mjereno u odnosu na sustav S", kao (t", x", y", z"). Prikladno je pretpostaviti da su koordinatne osi sustava međusobno paralelne i da se sustav S" giba duž x-osi sustava S brzinom v. x, y, z), što se naziva Lorentzovom transformacijom.

Obično se razmatraju dva inercijalna okvira S i S. Vrijeme i koordinate nekog događaja mjereni u odnosu na okvir S označavaju se kao (t, x, y, z), a koordinate i vrijeme istog događaja, mjereni u odnosu na okvir S "kao (t", x", y", z"). Prikladno je pretpostaviti da su koordinatne osi sustava međusobno paralelne i da se sustav S" giba duž x-osi sustava S brzinom v. x, y, z), što se naziva Lorentzovom transformacijom.

1 princip relativnosti.

Svi zakoni prirode su nepromjenjivi u odnosu na prijelaz iz jednog inercijalnog referentnog okvira u drugi (oni se odvijaju na isti način u svim inercijalnim referentnim okvirima).

To znači da u svim inercijskim okvirima fizikalni zakoni (ne samo mehanički) imaju isti oblik. Dakle, načelo relativnosti klasične mehanike generalizirano je na sve procese u prirodi, uključujući i elektromagnetske. Ovaj generalizirani princip naziva se Einsteinov princip relativnosti.

2 princip relativnosti.

Brzina svjetlosti u vakuumu ne ovisi o brzini izvora svjetlosti ili promatrača i ista je u svim inercijskim referentnim okvirima.

Brzina svjetlosti u SRT zauzima posebno mjesto. To je maksimalna brzina prijenosa interakcija i signala s jedne točke u prostoru na drugu.

Posljedice teorije stvorene na temelju ovih načela potvrđene su beskrajnim eksperimentalnim ispitivanjima. SRT je omogućio rješavanje svih problema “pre-Einsteinove” fizike i objašnjenje “kontradiktornih” rezultata do tada poznatih eksperimenata u području elektrodinamike i optike. Kasnije je SRT potkrijepljen eksperimentalnim podacima dobivenim proučavanjem gibanja brzih čestica u akceleratorima, atomskim procesima, nuklearnim reakcijama itd.

Primjer. Postulati SRT-a u jasnoj su suprotnosti s klasičnim konceptima. Razmotrimo sljedeći mentalni eksperiment: u trenutku t = 0, kada se koordinatne osi dvaju inercijalnih sustava K i K "poklapaju, dogodio se kratkotrajni bljesak svjetlosti u zajedničkom ishodištu. Tijekom vremena t, sustavi će se relativno pomaknuti međusobno za udaljenost υt, a sferna valna fronta u svakom sustavu imat će radijus ct, jer su sustavi jednaki i u svakom od njih brzina svjetlosti je c. Sa stajališta promatrača u K sustavu, središte sfere je u točki O, a sa stajališta promatrača u sustavu K, to će biti u točki O ". Dakle, središte sferne fronte je istovremeno u dvije različite točke !

Objašnjenje proturječja.

Razlog za nastali nesporazum ne leži u kontradikciji između dva principa SRT-a, već u pretpostavci da položaj frontova sferni valovi jer se oba sustava odnose na istu točku u vremenu. Ta je pretpostavka sadržana u formulama Galilejeve transformacije, prema kojima vrijeme teče na isti način u oba sustava: t = t. "Slijedom toga, Einsteinovi postulati nisu u sukobu jedni s drugima, već s formulama Galilejeve transformacije. Stoga, SRT predložio je druge transformacijske formule za zamjenu Galilejevih transformacija tijekom prijelaza s jednog inercijalnog okvira na drugi - takozvane Lorentzove transformacije, koje pri brzinama bliskim brzini svjetlosti omogućuju objašnjenje svih relativističkih učinaka, a pri malim brzinama (υ

IV. Konsolidacija proučavanog materijala

1. Rješavanje kojeg je problema dovelo do novih ideja o prostoru i vremenu.

2. Tri načina za rješavanje ovog problema.

3. Koji se način pokazao pravednim?

4. Koje od sljedećih tvrdnji odgovaraju postulatima teorije relativnosti: 1 - svi prirodni procesi odvijaju se na isti način u bilo kojem inercijalnom referentnom okviru; 2 - brzina svjetlosti u vakuumu je ista u svim referentnim okvirima; 3 - svi prirodni procesi su relativni i odvijaju se različito u različitim referentnim okvirima?

A. Samo 1 B. Samo 2 U. Samo 3 G. 1. i 2 D. 1. i 3

5. Iz Maxwellovih jednadžbi proizlazi da je brzina širenja svjetlosnih valova u vakuumu u svim smjerovima (jednaka).

6. Može li se mehaničkim pokusima ustanoviti da li inercijski referentni okvir miruje ili se giba pravocrtno i jednoliko?
V. Sažetak lekcije

VI. Domaća zadaća: §75,76.

Promijenjene ideje o prostoru i vremenu. Prema klasičnim pojmovima prostora i vremena, koji su se stoljećima smatrali nepokolebljivima, kretanje nema utjecaja na protok vremena (vrijeme je apsolutno), a linearne dimenzije bilo kojeg tijela ne ovise o tome miruje li tijelo ili pokretna (apsolutna duljina).

Einsteinova posebna teorija relativnosti nova je doktrina prostora i vremena koja je zamijenila stare (klasične) ideje.

§ 75 ZAKONI ELEKTRODINAMIKE I NAČELO RELATIVNOSTI

Načelo relativnosti u mehanici i elektrodinamici. Nakon druge polovice XIX stoljeća. Maxwell formulirao osnovne zakone elektrodinamike, postavilo se pitanje: vrijedi li načelo relativnosti, koje vrijedi za mehaničke pojave, i za elektromagnetske pojave? Drugim riječima, odvijaju li se elektromagnetski procesi (međudjelovanje naboja i struja, širenje elektromagnetskih valova itd.) na isti način u svim inercijskim referentnim okvirima? Ili, možda, jednoliko pravocrtno gibanje, bez utjecaja na mehaničke pojave, ima neki utjecaj na elektromagnetske procese?

Za odgovor na ova pitanja bilo je potrebno utvrditi mijenjaju li se osnovni zakoni elektrodinamike pri prelasku iz jednog inercijalnog referentnog okvira u drugi ili, poput Newtonovih zakona, ostaju nepromijenjeni. Samo u potonjem slučaju može se odbaciti sumnja u valjanost načela relativnosti primijenjenog na elektromagnetske procese i smatrati ovo načelo kao običajno pravo priroda.

Zakoni elektrodinamike su složeni, a rigorozno rješenje ovog problema nije lak zadatak. Međutim, već jednostavna razmatranja, čini se, omogućuju pronalaženje točnog odgovora. Prema zakonima elektrodinamike, brzina širenja elektromagnetskih valova u vakuumu jednaka je u svim smjerovima i jednaka je c = 3 10 8 m/s. Ali u skladu sa zakonom zbrajanja brzina Newtonove mehanike, brzina može biti jednaka brzini svjetlosti samo u jednom odabranom referentnom okviru. U bilo kojem drugom referentnom okviru koji se kreće u odnosu na ovaj odabrani referentni okvir brzinom , brzina svjetlosti već mora biti jednaka -. To znači da ako vrijedi uobičajeni zakon zbrajanja brzina, tada se pri prelasku iz jednog inercijalnog referentnog okvira u drugi zakoni elektrodinamike moraju promijeniti tako da je u tom novom referentnom okviru brzina svjetlosti već jednaka ne , nego - .

Tako su otkrivena određena proturječja između elektrodinamike i Newtonove mehanike, čiji su zakoni u skladu s načelom relativnosti. Poteškoće koje su se pojavile prevladane su na tri različita načina.

Prvi način: proglasiti načelo relativnosti primijenjeno na elektromagnetske pojave neodrživim. Ovo gledište dijelio je veliki nizozemski fizičar, utemeljitelj elektronske teorije X. . Od vremena Faradaya elektromagnetske pojave se promatraju kao procesi koji se odvijaju u posebnom, sveprožimajućem mediju koji ispunjava sve prostore - svjetskom eteru. Inercijski referentni okvir, koji miruje u odnosu na eter, prema Lorentzu je poseban, prevladavajući referentni okvir. U njemu vrijede Maxwellovi zakoni elektrodinamike koji su po obliku najjednostavniji. Samo u ovom referentnom okviru brzina svjetlosti u vakuumu je ista u svim smjerovima.

Drugi način: smatrati Maxwellove jednadžbe netočnima i pokušati ih promijeniti na način da se ne mijenjaju tijekom prijelaza iz jednog inercijalnog referentnog okvira u drugi (u skladu s uobičajenim, klasičnim idejama o prostoru i vremenu). Takav je pokušaj osobito učinio G. Hertz. Prema Hertzu, eter je potpuno odnesen tijelima koja se gibaju, pa se stoga elektromagnetske pojave odvijaju na isti način bez obzira da li tijelo miruje ili se giba. Načelo relativnosti ostaje na snazi.

Konačno, treći način: napustiti klasične koncepte prostora i vremena kako bi sačuvali i princip relativnosti i Maxwellove zakone. To je najrevolucionarniji način, jer znači reviziju u fizici najdubljih, temeljnih ideja. S ove točke gledišta, ne pokazuju se netočnima jednadžbe elektromagnetskog polja, već zakoni Newtonove mehanike, koji su u skladu sa starim idejama o prostoru i vremenu. Potrebno je promijeniti zakone mehanike, a ne zakone Maxwellove elektrodinamike.

Treća metoda se pokazala jedino ispravnom. Dosljedno ga razvijajući, A. Einstein je došao do novih ideja o prostoru i vremenu. Prva dva načina, kako se pokazalo, opovrgnuta su eksperimentom.

Lorentzovo gledište, prema kojem bi trebao postojati odabrani referentni okvir povezan sa svjetskim eterom, koji je u apsolutnom mirovanju, opovrgnuto je izravnim eksperimentima.

Kad bi brzina svjetlosti bila jednaka 300 000 km/s samo u referentnom okviru povezanom s eterom, tada bi mjerenjem brzine svjetlosti u proizvoljnom inercijalnom referentnom okviru bilo moguće detektirati kretanje tog okvira referencu u odnosu na eter i odrediti brzinu tog kretanja.

Einstein Albert (1879.-1955.)- veliki fizičar XX. stoljeća. Stvorio novu doktrinu prostora i vremena - specijalnu teoriju relativnosti. Generalizirajući ovu teoriju za neinercijalne referentne okvire, razvio je opću teoriju relativnosti, koja je moderna teorija gravitacije. Prvi put je uveo pojam čestica svjetlosti - fotona. Njegov rad na teoriji Brownova gibanja doveo je do konačne pobjede molekularno-kinetičke teorije o građi tvari.

Baš kao što vjetar nastaje u referentnom okviru koji se kreće relativno u odnosu na zrak, kada se kreće u odnosu na eter (ako, naravno, eter postoji), treba detektirati "vjetar etera". Eksperiment otkrivanja "eteričnog vjetra" izveli su 1881. američki znanstvenici A. Michelson i E. Morley na temelju ideje koju je 12 godina ranije iznio Maxwell.

U ovom pokusu uspoređivana je brzina svjetlosti u smjeru gibanja Zemlje iu okomitom smjeru. Mjerenja su provedena vrlo precizno uz pomoć posebnog uređaja - Michelsonovog interferometra. Pokusi su provedeni u različito doba dana iu različito doba godine. Ali uvijek se dobivao negativan rezultat: kretanje Zemlje u odnosu na eter nije se moglo detektirati.

Dakle, ideja o postojanju prevladavajućeg referentnog okvira nije izdržala eksperimentalnu provjeru. To je pak značilo da nije postojao poseban medij - "svjetleći eter", s kojim bi se mogao povezati tako prevladavajući referentni okvir.

Kad je Hertz pokušao promijeniti zakone Maxwellove elektrodinamike, pokazalo se da nove jednadžbe nisu u stanju objasniti brojne opažene činjenice. Dakle, prema Hertzovoj teoriji, voda koja se kreće mora potpuno povući svjetlost koja se u njoj širi, budući da povlači eter, u kojem se svjetlost širi. Iskustvo je pokazalo da to baš i nije tako.

Pokazalo se da je moguće načelo relativnosti pomiriti s Maxwellovom elektrodinamikom samo napuštanjem klasičnih pojmova prostora i vremena, prema kojima udaljenosti i tijek vremena ne ovise o referentnom okviru.

Myakishev G. Ya., Fizika. 11. razred: udžbenik. za opće obrazovanje ustanove: osnovne i profilne. razine / G. Ya. Myakishev, B. V. Bukhovtsev, V. M. Charugin; izd. V. I. Nikolaev, N. A. Parfenteva. - 17. izd., revidirano. i dodatni - M.: Obrazovanje, 2008. - 399 str.: ilustr.

Kalendarsko-tematsko planiranje, zadaci za učenika 11. razreda iz fizike download, Fizika i astronomija online

Sadržaj lekcije sažetak lekcije okvir za podršku lekcija prezentacija akcelerativne metode interaktivne tehnologije Praksa zadaci i vježbe samoprovjera radionice, treninzi, slučajevi, potrage domaća zadaća pitanja za raspravu retorička pitanja učenika Ilustracije audio, video isječci i multimedija fotografije, slikovne grafike, tablice, sheme humor, anegdote, vicevi, stripovi parabole, izreke, križaljke, citati Dodaci sažetakačlanci čipovi za radoznale varalice udžbenici osnovni i dodatni rječnik pojmova ostalo Poboljšanje udžbenika i nastaveispravljanje grešaka u udžbeniku ažuriranje fragmenta u udžbeniku elementi inovacije u lekciji zamjena zastarjelih znanja novima Samo za učitelje savršene lekcije kalendarski plan za godinu smjernice programi rasprava Integrirane lekcije

Pošaljite svoj dobar rad u bazu znanja jednostavno je. Koristite obrazac u nastavku

Studenti, diplomanti, mladi znanstvenici koji koriste bazu znanja u svom studiju i radu bit će vam vrlo zahvalni.

zakon elektrodinamike i zakon relativnosti

Načelo relativnosti uelektrodinamika

Nakon što je Maxwell u drugoj polovici 19. stoljeća formulirao osnovne zakone elektrodinamike, postavilo se pitanje vrijedi li načelo relativnosti, koje vrijedi za mehaničke pojave, i za elektromagnetske pojave. Drugim riječima, odvijaju li se elektromagnetski procesi (međudjelovanje naboja i struja, širenje elektromagnetskih valova itd.) na isti način u svim inercijskim referentnim okvirima? Ili, možda, jednoliko pravocrtno gibanje, bez utjecaja na mehaničke pojave, ima neki utjecaj na elektromagnetske procese?

Za odgovor na to pitanje bilo je potrebno utvrditi mijenjaju li se osnovni zakoni elektrodinamike pri prelasku iz jednog inercijalnog okvira u drugi ili, poput Newtonovih zakona, ostaju nepromijenjeni. Samo u potonjem slučaju može se odbaciti sumnja u valjanost načela relativnosti primijenjenog na elektromagnetske procese i ovo načelo smatrati općim zakonom prirode.

Zakoni elektrodinamike su složeni, a rigorozno rješenje ovog problema nije lak zadatak. Međutim, već jednostavna razmatranja, čini se, omogućuju pronalaženje točnog odgovora. Prema zakonima elektrodinamike, brzina širenja elektromagnetskih valova u vakuumu jednaka je u svim smjerovima i jednaka je c = 3 ? 10 8 m/s. Ali s druge strane, u skladu sa zakonom zbrajanja brzina Newtonove mehanike, brzina može biti jednaka S samo u jednom odabranom referentnom okviru. U bilo kojem drugom referentnom okviru koji se kreće brzinom u odnosu na ovaj odabrani okvir, brzina svjetlosti već bi trebala biti jednaka. To znači da ako vrijedi uobičajeni zakon zbrajanja brzina, tada se pri prelasku iz jednog inercijalnog okvira u drugi zakoni elektrodinamike moraju promijeniti tako da je u tom novom referentnom okviru brzina svjetlosti već jednaka ne, ali.

Tako su otkrivena određena proturječja između elektrodinamike i Newtonove mehanike, čiji su zakoni u skladu s načelom relativnosti. Poteškoće koje su se pojavile prevladane su na tri različita načina.

Prva prilika bio je proglasiti neodrživim načelo relativnosti primijenjeno na elektromagnetske pojave. Ovo gledište zauzeo je veliki nizozemski fizičar, utemeljitelj elektronske teorije X. Lorentz. Od vremena Faradaya, elektromagnetske pojave se promatraju kao procesi u posebnom, sveprožimajućem mediju koji ispunjava sav prostor, “svjetskom eteru”. Inercijalni referentni okvir, koji miruje u odnosu na eter, je, prema Lorentzu, poseban preferencijalni okvir. U njemu vrijede Maxwellovi zakoni elektrodinamike koji imaju najjednostavniji oblik. Samo u ovom referentnom okviru brzina svjetlosti u vakuumu je ista u svim smjerovima.

Druga mogućnost sastoji se u tome da Maxwellove jednadžbe smatramo netočnima i pokušavamo ih promijeniti na takav način da se ne mijenjaju tijekom prijelaza iz jednog inercijalnog okvira u drugi (u skladu s uobičajenim, klasičnim idejama o prostoru i vremenu). Takav je pokušaj osobito učinio G. Hertz. Prema Hertzu, eter je potpuno odnesen tijelima koja se gibaju, pa se stoga elektromagnetske pojave odvijaju na isti način, bez obzira da li tijelo miruje ili se giba. Načelo relativnosti je ispravno.

Konačno, treća mogućnost Rješenje ovih poteškoća leži u odbacivanju klasičnih koncepata prostora i vremena kako bi se očuvali i princip relativnosti i Maxwellovi zakoni. To je najrevolucionarniji način, jer znači reviziju u fizici najdubljih, najosnovnijih ideja. S ove točke gledišta, ne pokazuju se netočnima jednadžbe elektromagnetskog polja, već zakoni Newtonove mehanike, koji su u skladu sa starim idejama o prostoru i vremenu. Potrebno je promijeniti zakone mehanike, a ne zakone Maxwellove elektrodinamike.

Treća mogućnost pokazala se jedino ispravnom. Dosljedno ga razvijajući. A. Einstein je došao do novih ideja o prostoru i vremenu. Prva dva načina, kako se pokazalo, opovrgnuta su eksperimentom.

Kada je Hertz pokušao promijeniti zakone Maxwellove elektrodinamike, pokazalo se da nove jednadžbe nisu u stanju objasniti brojne opažene činjenice. Dakle, prema Hertzovoj teoriji, voda koja se kreće mora potpuno povući svjetlost koja se u njoj širi, budući da povlači eter, u kojem se svjetlost širi. Iskustvo je pokazalo da to baš i nije tako.

Lorentzovo gledište, prema kojem mora postojati odabrani referentni okvir povezan sa svjetskim eterom, koji je u apsolutnom mirovanju, također je opovrgnuto izravnim eksperimentima.

Kad bi brzina svjetlosti bila jednaka 300 000 km/s samo u referentnom okviru povezanom s eterom, tada bi mjerenjem brzine svjetlosti u proizvoljnom inercijalnom okviru bilo moguće detektirati kretanje tog okvira u odnosu na eter i odrediti brzinu tog kretanja. Kao što u referentnom okviru koji se kreće u odnosu na zrak nastaje vjetar, u kretanju u odnosu na eter (ako, naravno, eter postoji) treba detektirati “eterični vjetar”. Eksperiment otkrivanja "eteričnog vjetra" izveli su 1881. američki znanstvenici A. Michelson i E. Morley na temelju ideje koju je 12 godina ranije iznio Maxwell.

U ovom pokusu uspoređivana je brzina svjetlosti u smjeru gibanja Zemlje iu okomitom smjeru. Mjerenja su provedena vrlo precizno uz pomoć posebnog uređaja - Michelsonovog interferometra. Pokusi su provedeni u različito doba dana iu različito doba godine. Ali uvijek se dobivao negativan rezultat: kretanje Zemlje u odnosu na eter nije se moglo detektirati.

Sve je to bilo kao da ste pri brzini od 100 km/h gurnuli glavu kroz prozor automobila i niste primijetili čeoni vjetar.

Dakle, ideja o postojanju prevladavajućeg referentnog okvira nije izdržala eksperimentalnu provjeru. Zauzvrat, to je značilo da ne postoji poseban medij - "svjetleći eter" - s kojim bi se mogao povezati tako prevladavajući referentni okvir.

Elektrodinamika

Elektrodinamika je glavna grana fizike. Bavi se uporabom elektriciteta i magnetizma. Elektricitet i magnetizam u osnovi se temelje na zakonima koje su otkrili različiti znanstvenici u različitim vremenima. U naše vrijeme, zakoni elektrodinamike primjenjuju se gotovo posvuda. Svakodnevno se susrećemo s primjenom mnogih dijelova elektrodinamike. Na primjer: električno svjetlo, prijevoz, sama električna energija i još mnogo toga. Mnogi ljudi niti ne shvaćaju koliko su im ta otkrića važna. Kao i električna energija, magnetizam je svakodnevna pojava u našim životima. Najčešće se od magnetizma susrećemo s magnetskim poljem koje nas posvuda okružuje. Magneti se koriste u raznim radioelektričnim uređajima. Ovaj seminarski rad je razmatranje jednog od glavnih dijelova fizike - elektrodinamike.

Povijest elektrodinamike. Elektrodinamika je znanost o svojstvima i obrascima ponašanja posebne vrste materije - elektromagnetskog polja koje međusobno djeluje između električki nabijenih tijela i čestica. U elektrodinamici postoje četiri vrste međudjelovanja:

gravitacijski

elektromagnetski

Nuklearna

Slab (interakcija između elementarnih čestica)

Elektromagnetsko međudjelovanje je najvažnija stvar na zemlji. Elektrodinamika ima svoje korijene u Drevna grčka. U prijevodu riječ elektron je jantar. Osim jantara, privlače se i mnoga druga tijela. Naelektrizirana tijela privlače i lake i teške predmete. Godine 1729. Gray je otkrio prijenos naboja na daljinu. Charles Dufray otkriva dvije vrste naboja: staklo i smolu. Staklo je predstavljeno kao pozitivan naboj, a smola - kao negativan naboj. U budućnosti James Clerk Maxwell dovršava stvaranje teorije elektrodinamike, ali uporaba elektrodinamike počinje tek u drugoj polovici 19. stoljeća. Maxwell je skrenuo pozornost na nedostatke klasične elektrodinamike. Nedosljednost sa zakonom održanja naboja bila je dovoljan argument za sumnju u njegovu istinitost, budući da su zakoni održanja vrlo općenite prirode.

Matematičke posljedice iz modificiranog sustava Maxwellovih jednadžbi bile su tvrdnja o očuvanju energije u elektromagnetskim procesima i teorijski zaključak o mogućnosti postojanja polja neovisnog o nabojima i strujama u obliku elektromagnetskih valova u praznom prostoru. Ovo posljednje predviđanje našlo je briljantnu eksperimentalnu potvrdu u poznatim eksperimentima Hertza i Popova, koji su postavili temelje modernim radio komunikacijama. Brzina širenja elektromagnetskih valova izračunata iz sustava pokazala se jednakom eksperimentalno izmjerenoj brzini širenja svjetlosti u vakuumu, što je značilo objedinjavanje praktički do tada neovisnih dijelova fizike elektromagnetizma i optike u jednu cjelovitu teoriju.

Najvažniji korak naprijed u razvoju teorije električnih i magnetske pojave bio je izum prvog izvora istosmjerne struje – galvanskog članka. Povijest ovog izuma počinje s radom talijanskog liječnika Luigija Galvanija, koji datira s kraja 18. stoljeća. Galvani se zanimao za fiziološko djelovanje električnog pražnjenja. Od 80-ih. U 18. stoljeću poduzeo je niz eksperimenata kako bi utvrdio učinak električnog pražnjenja na mišiće secirane žabe. Jednog je dana otkrio da kada iskra preskoči u električnom stroju ili kada se isprazni Leydenova staklenka? mišići žabe su se stezali ako ih se u tom trenutku dotakne metalnim skalpelom. Zaintrigiran uočenim učinkom, Galvani je odlučio provjeriti nema li atmosferski elektricitet imati isti učinak na žablje krakove. Doista, spojivši jedan kraj živca žabljeg kraka s vodičem na izolirani stup izložen na krovu, a drugi kraj živca na tlo, primijetio je da se tijekom grmljavinske oluje mišići žabe s vremena na vrijeme stežu.

Galvani je zatim objesio rasječene žabe na bakrene kuke zakačene za njihovu leđnu moždinu u blizini željezne ograde vrta. Otkrio je da ponekad kada žablji mišići dotaknu željeznu ogradu, mišići se skupe. Štoviše, ti su fenomeni uočeni po vedrom vremenu. Slijedom toga, zaključio je Galvani, u ovom slučaju više nije grmljavinska oluja uzrok uočenog fenomena. Kako bi potvrdio ovaj zaključak, Galvani je napravio sličan eksperiment u sobi. Uzeo je žabu, čiji je spinalni živac bio povezan s bakrenom kukom, i stavio je na željeznu ploču. Ispostavilo se da su se mišići žabe skupili kad je bakrena udica dotakla željezo. Galvani je zaključio da je otkrio "životinjski elektricitet", odnosno elektricitet koji se proizvodi u tijelu žabe. Kad se žablji živac zatvori bakrenom kukom i željeznom pločicom, nastaje zatvoreni krug kroz koji teče električni naboj (električni fluid ili tvar) koji uzrokuje kontrakciju mišića.

Za Galvanijevo otkriće zainteresirali su se i fizičari i liječnici. Među fizičarima je bio i Galvanijev sunarodnjak, Alessandro Volta. Volta je ponovio Galvanijeve pokuse, a zatim odlučio provjeriti kako bi se ponašali žablji mišići da se kroz njih ne propušta ("životinjski elektricitet"), već struja dobivena nekom od poznatih metoda. Istodobno je otkrio da se mišići žabe kontrahiraju na isti način kao u Galvanijevom pokusu. Provodeći ovakva istraživanja, Volta je došao do zaključka da je žaba samo "uređaj" koji registrira protok struje, da nikakav poseban "životinjski elektricitet" ne postoji. Volta je predložio da je uzrok elektriciteta kontakt dva razni metali. Valja napomenuti da je Galvani već uočio ovisnost jačine grčevite kontrakcije mišića žabe o vrsti metala koji tvore strujni krug kroz koji teče struja.

No, Galvani se tome nije ozbiljno obazirao. Volta je, naprotiv, u tome vidio mogućnost izgradnje nove teorije. Ne slažući se s teorijom "životinjskog elektriciteta", Volta je iznio teoriju "metalnog elektriciteta". Prema ovoj teoriji, uzrok galvanskog elektriciteta je dodir raznih metala. Svaki metal, vjerovao je Volta, sadrži električni fluid - fluid, koji, kada metal nije nabijen, miruje i ne manifestira se. Ali ako spojite dva različita metala, tada će se ravnoteža elektriciteta unutar njih poremetiti, električna tekućina će se početi kretati. U tom će slučaju električna tekućina u određenoj količini prijeći s jednog metala na drugi, nakon čega će se ravnoteža ponovno uspostaviti. Ali kao rezultat toga, metali su elektrificirani: jedan je pozitivan, drugi je negativan. Volta je eksperimentalno potvrdio ova razmatranja. Uspio je pokazati da doista, jednostavnim dodirom dva metala, jedan od njih dobiva pozitivan naboj, a drugi negativan.

Tako je Volt otkrio takozvanu kontaktnu potencijalnu razliku. Volta je napravio sljedeći eksperiment. Na bakreni disk pričvršćen na obični elektroskop umjesto kugle stavio je isti takav disk, od drugog metala i s ručkom. Prilikom nanošenja diskovi su došli u kontakt na više mjesta. Kao rezultat toga, između diskova se pojavila kontaktna razlika potencijala (prema Voltinoj terminologiji, pojavila se "razlika napona" između diskova).

Kako bi otkrio "razliku napona" koja se javlja pri dodiru različitih metala, a koja je, općenito govoreći, mala, Volta je podigao gornji disk i tada su se listići elektroskopa vidno razmaknuli. To je bilo zbog činjenice da se kapacitet kondenzatora formiranog od diskova smanjio, a potencijalna razlika između njih povećala se za isti iznos. Ali otkriće kontaktne potencijalne razlike između različitih metala još nije moglo objasniti Galvanijeve pokuse sa žabama. Bile su potrebne dodatne pretpostavke. Ali prema Galvanijevom iskustvu, nisu se kombinirali samo metali. U lanac su uključeni i mišići žabe koji također sadrže tekućinu. Predložio je da se svi vodiči dijele u dvije klase: vodiči prve vrste - metali i neki drugi čvrsta tijela, a vodiči druge vrste - tekućine. Istodobno, Volta je odlučio da razlika potencijala nastaje samo kada vodiči prve vrste dođu u kontakt. Ta je pretpostavka objasnila Galvanijev eksperiment. Uslijed dodira dva različita metala dolazi do poremećaja ravnoteže elektriciteta u njima. Ova ravnoteža se uspostavlja kao rezultat činjenice da su metali povezani kroz tijelo žabe.

Dakle, električna ravnoteža se stalno remeti i cijelo vrijeme se uspostavlja, što znači da se elektricitet neprestano kreće. Ovo objašnjenje Galvanijeva iskustva je netočno, ali je potaknulo Volta na razmišljanje o stvaranju istosmjernog izvora struje - galvanske baterije. A 1800. Volta je izgradio prvu galvansku bateriju - Voltov stup. Voltin stup sastojao se od nekoliko desetaka okruglih srebrnih i cinčanih ploča, postavljenih jedna na drugu. Između parova tanjura bile su položene kartonske šalice natopljene slanom vodom. Takav uređaj služio je kao izvor kontinuiranog električna struja. Zanimljivo, kao argument za postojanje kontinuirane električne struje, Volta je privukao izravne osjete osobe. Napisao je da ako se krajnje ploče zatvore kroz ljudsko tijelo, tada u početku, kao u slučaju Leydenove posude, osoba doživljava šok i trnce. Zatim se javlja osjećaj neprekidnog žarenja, "koji ne samo da ne jenjava, nego postaje sve jači i jači, ubrzo postaje nepodnošljiv, sve dok se lanac ne otvori".

Pronalazak Voltinog stupa, prvog izvora istosmjerne struje, bio je od velike važnosti za razvoj teorije elektriciteta i magnetizma. Što se tiče objašnjenja rada ovog Voltinog uređaja, ono je bilo pogrešno. To su ubrzo primijetili i neki znanstvenici. Doista, prema Voltinoj teoriji pokazalo se da se tijekom rada galvanskog članka ne događaju nikakve promjene.

Električna struja teče kroz žicu, zagrijava je, može napuniti Leydenovu staklenku itd., ali sama galvanska ćelija ostaje nepromijenjena. Takav uređaj nije ništa drugo nego perpetuum mobile, koji, bez promjene, proizvodi promjenu u okolnim tijelima, uključujući mehanički rad.

Do kraja XVIII stoljeća. Među znanstvenicima je već široko rasprostranjeno mišljenje o nemogućnosti postojanja perpetuum mobile. Stoga su mnogi od njih odbacili teoriju o djelovanju galvanskog članka, koju je izumio Volta. Nasuprot Voltinoj teoriji predloženo je kemijska teorija galvanski element. Ubrzo nakon izuma, primijećeno je da u galvanskom članku, kemijske reakcije u koje ulaze metali i tekućine.

Ispravna kemijska teorija o djelovanju galvanskog članka istisnula je Voltinu teoriju. Nakon otkrića Voltinog stupa znanstvenici različite zemlje počeo proučavati učinke električne struje. Istodobno je poboljšan i sam galvanski članak. Već je Volta, zajedno sa "stupcem", počeo koristiti prikladniju šalicu baterija galvanskih ćelija. Za proučavanje učinaka električne struje počele su se graditi baterije sa sve više i više elemenata. Najveća baterija u početkom XIX V. izgradio ruski fizičar Vasilij Vladimirovič Petrov u Sankt Peterburgu. Njegova baterija sastojala se od 4200 cinčanih i bakrenih šalica. Šalice su vodoravno složene u kutiju i odvojene papirnatim odstojnicima natopljenim amonijakom.

Prvi koraci u proučavanju električne struje bili su povezani s njezinim kemijskim djelovanjem. Već iste godine kada je Volta izumio galvansku bateriju, otkriveno je svojstvo električne struje da razgrađuje vodu. Nakon toga su otopine nekih soli razložene električnom strujom. Godine 1807. engleski kemičar Davy elektrolizom talina kaustičnih lužina otkrio je nove elemente: kalij i natrij. Istraživanje kemijskog djelovanja struje i rasvjetljavanje kemijskih procesa koji se odvijaju u galvanske ćelije, navela je znanstvenike da razviju teoriju o prolasku električne struje kroz elektrolite. Nakon proučavanja kemijskog djelovanja struje, znanstvenici su se okrenuli njezinim toplinskim i optičkim učincima.

Najzanimljiviji rezultat ovih studija na samom početku XIX. je Petrovo otkriće električnog luka. Zaboravljeno je otkriće koje je napravio Petrov. Mnogi, osobito strani, znanstvenici nisu znali za njega, jer je Petrova knjiga napisana na ruskom jeziku. Stoga, kada je Davy ponovno otkrio električni luk 1812. godine, on se smatra autorom ovog otkrića.

Razmotrivši sve navedeno, vidimo da zakoni elektrodinamike u osnovi ovise jedni o drugima, a da bi se otkrio neki novi zakon, potrebno je razmotriti i provjeriti sve zakone gotovo od samog početka. Također razumijemo da bez svih tih zakona u naše vrijeme, da tako kažem, ne možemo živjeti. Primjenjuju se posvuda. Svaka osoba ima svoje magnetsko polje. Ali osim znanstvenika, nitko ne razmišlja o tome da bi ljudi, da nije bilo svega toga, stali na prvim stupnjevima razvoja.

Slični dokumenti

Preduvjeti za stvaranje teorije relativnosti A. Einsteina. Relativnost gibanja prema Galileju. Načelo relativnosti i Newtonovi zakoni. Galilejeve transformacije. Načelo relativnosti u elektrodinamici. A. Einsteinova teorija relativnosti.

sažetak, dodan 29.03.2003


Inercijalni referentni sustavi. Klasično načelo relativnosti i Galilejeve transformacije. Einsteinovi postulati specijalne teorije relativnosti. Relativistički zakon promjene duljina vremenskih intervala. Osnovni zakon relativističke dinamike.

sažetak, dodan 27.03.2012


Pojava teorije relativnosti. klasični, relativistički, kvantna mehanika. Relativnost simultanosti događaja, intervali vremena. Newtonov zakon u relativističkom obliku. Odnos mase i energije. Einsteinova formula, energija mirovanja.

seminarski rad, dodan 01.04.2016


G. Galilejevo načelo relativnosti za mehaničke pojave. Osnovni postulati teorije relativnosti A. Einsteina. Načela relativnosti i invarijantnosti brzine svjetlosti. Lorentzove transformacije koordinata. Osnovni zakon relativističke dinamike.

sažetak, dodan 01.11.2013


Povijest nastanka nove relativističke fizike, čije su odredbe izložene u djelima A. Einsteina. Lorentzove transformacije i njihova usporedba s Galilejevim transformacijama. Neki učinci teorije relativnosti. Osnovni zakon i formule relativističke dinamike.

test, dodan 01.11.2013


Bit Einsteinova principa relativnosti, njegova uloga u opisivanju i proučavanju inercijalnih referentnih okvira. Pojam i tumačenje teorije relativnosti, postavke i zaključci iz nje, praktična uporaba. Teorija relativnosti za gravitacijsko polje.

sažetak, dodan 24.02.2009


Povijest nastanka Einsteinove opće teorije relativnosti. Princip ekvivalencije i geometrizacija gravitacije. Crne rupe. Gravitacijske leće i smeđi patuljci. Relativističke i kalibracijske teorije gravitacije. Modificirana Newtonova dinamika.

sažetak, dodan 10.12.2013


Opća relativnost s filozofskog gledišta. Analiza stvaranja posebne i opće teorije relativnosti od strane Alberta Einsteina. Eksperiment s dizalom i eksperiment s Einsteinovim vlakom. Osnovni principi Opća teorija Relativnost (GR) Einstein.

sažetak, dodan 27.07.2010


Ključ za učenje znanstvena otkrića Albert Einstein. Zakon vanjskog fotoelektričnog efekta (1921). Formula za odnos gubitka tjelesne mase tijekom energetskog zračenja. Einsteinovi postulati specijalne teorije relativnosti (1905.). Načelo stalnosti brzine svjetlosti.

prezentacija, dodano 25.01.2012


Galilejevo načelo relativnosti. Zakon zbrajanja brzina. Einsteinovi postulati, njihovo značenje. Lorentzove transformacije i posljedice iz njih. Michelsonov interferometar i principi. Zbrajanje brzina u relativističkoj mehanici. Odnos mase i energije mirovanja.

Načelo relativnosti i Newtonovi zakoni

Galilejevo načelo relativnosti organski je ušlo u klasičnu mehaniku koju je stvorio I. Newton. Temelji se na tri "aksioma" - tri poznata Newtonova zakona. Već prvi od njih, koji glasi: “Svako tijelo nastavlja se držati u svom stanju mirovanja ili jednolike i pravocrtno gibanje sve dok i u mjeri u kojoj nije prisiljena primijenjenim silama da promijeni ovo stanje”, govori o relativnosti gibanja i ujedno ukazuje na postojanje referentnih okvira (nazvani su inercijskim), u kojima tijela koja ne doživljavaju vanjski utjecaji kreću se “po inerciji”, bez ubrzavanja i bez usporavanja. Upravo se na takve inercijalne sustave misli kada se formuliraju druga dva Newtonova zakona. Pri prijelazu iz jednog inercijalnog okvira u drugi mijenjaju se mnoge veličine koje karakteriziraju gibanje tijela, na primjer, njihove brzine ili oblik putanje gibanja, ali zakoni gibanja, odnosno odnosi koji te veličine povezuju, ostaju. konstantno.

Galilejeve transformacije

Opisati mehanički pokreti, odnosno promjenu položaja tijela u prostoru, Newton je jasno formulirao ideje o prostoru i vremenu. Prostor je zamišljen kao svojevrsna “pozadina” na kojoj se odvija kretanje. materijalne bodove. Njihov položaj može se odrediti, na primjer, pomoću Kartezijeve koordinate x, y, z ovisno o vremenu t. Pri prelasku iz jednog inercijalnog referentnog okvira K u drugi K ", krećući se u odnosu na prvi duž osi x brzinom v, koordinate se transformiraju: x" \u003d x - vt, y "= y, z" \u003d z, a vrijeme ostaje nepromijenjeno: t" = t. Dakle, uzima se da je vrijeme apsolutno. Te se formule nazivaju Galilejeve transformacije.

Prema Newtonu, prostor djeluje kao neka vrsta koordinatne mreže, na koju ne utječu materija i njezino kretanje. Vrijeme u takvoj "geometrijskoj" slici svijeta, kao, broji neki apsolutni sat, čiji se tok ne može ni ubrzati ni usporiti.

Načelo relativnosti u elektrodinamici

Više od tri stotine godina Galilejevo načelo relativnosti pripisivalo se samo mehanici, iako je u prvoj četvrtini 19. stoljeća, prvenstveno zahvaljujući radovima M. Faradaya, nastala teorija elektromagnetskog polja, koja je potom dobila daljnji razvoj i matematička formulacija u djelima J.K. Maxwell. Ali prijenos načela relativnosti na elektrodinamiku činio se nemogućim, jer se vjerovalo da je sav prostor ispunjen posebnim medijem - eterom, čija se napetost tumačila kao snaga električnog i magnetskog polja. Pritom, eter nije utjecao na mehanička kretanja tijela, tako da se u mehanici “nije osjetio”, ali je kretanje u odnosu na eter (“eterski vjetar”) trebalo utjecati na elektromagnetske procese. Kao rezultat toga, eksperimentator u zatvorenoj kabini mogao bi, promatrajući takve procese, činiti se sposobnim odrediti je li njegova kabina u pokretu (apsolutno!) ili je u stanju mirovanja. Konkretno, znanstvenici su vjerovali da bi "eterični vjetar" trebao utjecati na širenje svjetlosti. Pokušaji da se otkrije "vjetar etera", međutim, nisu bili uspješni, a koncept mehaničkog etera je odbačen, zahvaljujući čemu je načelo relativnosti takoreći ponovno rođeno, ali već kao univerzalno, koje vrijedi ne samo u u mehanici, ali iu elektrodinamici i drugim područjima fizike.

Lorentzove transformacije

Kao što su Newtonove jednadžbe matematička formulacija zakona mehanike, Maxwellove jednadžbe su kvantitativni prikaz zakona elektrodinamike. Oblik ovih jednadžbi također mora ostati nepromijenjen tijekom prijelaza iz jednog inercijalnog referentnog okvira u drugi. Da bi se zadovoljio ovaj uvjet, potrebno je Galilejeve transformacije zamijeniti drugima: x"= g(x-vt); y"= y; z "= z; t" \u003d g (t-vx / c 2), gdje je g \u003d (1-v 2 / c 2) -1/2, a c je brzina svjetlosti u vakuumu. Posljednje transformacije koje je H. Lorentz uspostavio 1895. godine i koje nose njegovo ime temelj su posebne (ili privatne) teorije relativnosti. Na vc se pretvaraju u Galilejeve transformacije, ali ako je v blizu c, tada postoje značajne razlike od prostorno-vremenske slike, koja se obično naziva nerelativističkom. Prije svega, otkriva se neuspjeh uobičajenih intuitivnih ideja o vremenu, ispada da događaji koji se događaju istovremeno u jednom referentnom okviru prestaju biti istodobni u drugom. Mijenja se i zakon pretvorbe brzine.

Transformacija fizikalnih veličina u relativističkoj teoriji

U relativističkoj teoriji prostorne udaljenosti i vremenski intervali ne ostaju nepromijenjeni tijekom prijelaza iz jednog referentnog okvira u drugi, krećući se u odnosu na prvi brzinom v. Duljine se smanjuju (u smjeru gibanja) za 1/g puta, a vremenski intervali se "razvlače" za isti broj puta. Relativnost simultanosti temeljno je nova osobina moderna privatna teorija relativnosti.

Definicija 1

Elektrodinamika je grana fizike koja proučava elektromagnetska polja i interakcije između njih.

Slika 1. Pojam elektrodinamike. Author24 - online razmjena studentskih radova

Klasična elektrodinamika cjelovito opisuje sva svojstva električnog i magnetskog polja, a razmatra i fizikalne zakonitosti zbog kojih neka fizička tijela dolaze u dodir s drugima koja imaju pozitivan električni naboj.

Uobičajeno je da se elektromagnetsko polje naziva univerzalnim oblikom materije, koji se manifestira kao rezultat utjecaja jednog nabijenog elementa na drugi. Često se pri proučavanju elektromagnetskog polja razlikuju njegove glavne komponente: električno polje i magnetsko polje.

Definicija 2

Elektromagnetski potencijal je posebna fizikalna veličina koja točno određuje raspodjelu polja u općem prostoru.

Elektrodinamika se može podijeliti na:

• elektrostatika;
• elektrodinamika kontinuiranog medija;
• magnetostatika;
• relativistička elektrodinamika.

Poyntingov vektor je fizikalna veličina, koja je glavni vektor gustoće toka energije polja u elektrodinamici. Vrijednost ovog vektora proporcionalna je energiji koja se može prenijeti na jedinicu privremenog prostora kroz jedinicu površine, koja je izravno okomita na smjer distribucije elektromagnetske indukcije.

Elektrodinamika predstavlja dobru osnovu za razvoj optike i fizike radiovalova. Ove grane znanosti smatraju se temeljima elektrotehnike i radiotehnike. Klasična elektrodinamika koristi koncept Maxwellovih jednadžbi u opisivanju ključnih svojstava i principa međudjelovanja elektromagnetskih polja, dopunjujući ga univerzalnim materijalnim jednadžbama, početnim i rubnim uvjetima.

Načelo relativnosti u elektrodinamici

Načelo relativnosti u elektrodinamici uobličio je u drugoj polovici 19. stoljeća Maxwell, upoznavši javnost s osnovnim zakonima elektromagnetskog polja. Zbog toga se logično postavilo pitanje odnosi li se ta pravilnost i na pojave u elektrodinamici. Drugim riječima, potrebno je utvrditi mogu li se elektromagnetski procesi, međudjelovajući između naboja i struja, ravnomjerno širiti u svim inercijskim referentnim okvirima ili će se jednoliko raspršiti u mehaničkim procesima.

Kako bi dali točan i potpun odgovor na ovo pitanje, fizičari su odlučili prvotno utvrditi mijenjaju li se središnji zakoni elektrodinamike tijekom transformacije iz jednog sustava u drugi ili ostaju nepromijenjeni poput Newtonovih hipoteza. Samo u potonjem slučaju poželjno je ne sumnjati u valjanost načela koje se proučava s obzirom na metode elektromagnetskog polja, a zatim ovaj sustav smatrati općim zakonom prirode.

Napomena 1

Zakoni elektrodinamike su prilično višestruki i složeni, tako da kompetentno rješenje ovog problema nije lak zadatak.

Međutim, već uvriježena razmatranja omogućuju nam da pronađemo racionalan odgovor. Prema načelima elektrodinamike, ukupna brzina širenja električnih i magnetskih valova u vakuumu uvijek je ista. No, s druge strane, ovaj se pokazatelj može izjednačiti i s jednim odabranim referentnim sustavom u skladu s teorijom zbrajanja brzina Newtonove mehanike.

To znači da ako je uobičajeni zakon zbrajanja brzina pravedan i valjan, tada se tijekom naknadnog prijelaza s jednog inercijalnog koncepta na drugi, principi elektrodinamike moraju nužno promijeniti tako da je u novom referentnom okviru brzina svjetlosti već predstavljena u potpuno drugačija formula.

Tako su fizičari otkrili ozbiljne proturječnosti između Newtonove mehanike i elektrodinamike, čiji zakoni nisu u skladu s načelom relativnosti.

Pokušali su prevladati poteškoće koje su se pojavile zahvaljujući sljedećim metodama:

• proglašavanje principa relativnosti neprimjenjivim na elektromagnetske procese;
• prepoznati Maxwellove jednadžbe kao netočne i pokušati ih promijeniti na način da se ne mijenjaju prilikom sljedećeg prijelaza iz jednog inercijalnog okvira u drugi;
• napuštajući klasične ideje o vremenu i prostoru kako bi se dalje očuvalo i načelo relativnosti i Maxwellovi zakoni.

Zanimljivo je da se upravo treća mogućnost pokazala jedinom pravom, jer je dosljednim razvijanjem A. Einsteina uspio iznijeti nove ideje o prostoru i vremenu. Prva dva načina su na kraju opovrgnuta tijekom brojnih eksperimenata. Dakle, ideja o postojanju inercijalnog referentnog okvira nije izdržala eksperimentalnu provjeru.

Načelo relativnosti bilo je moguće uskladiti s metodama elektrodinamike tek nakon što su znanstvenici napustili klasične ideje o prostoru i vremenu, prema kojima tijek vremena i udaljenost ne ovise o prevladavajućem referentnom okviru.

Princip očuvanja električnog naboja

U slučaju nestabilne elektrizacije fizičkih tijela koristi se zakon održanja električnog pozitivnog naboja. Ovaj obrazac je sasvim valjan za zatvoreni fizički koncept. Valjanost principa očuvanja naboja u elektrodinamici igra važnu ulogu u prirodi zbog činjenice da se u sastavu svih tvari nalaze samo električki nabijene čestice.

Interakcija elektromagnetske sile između tijela ne može se otkriti, jer je svaka materija neutralna s električnog položaja u svom normalnom stanju. Negativno i pozitivno nabijeni elementi izravno su međusobno povezani elektrostatskim silama i tvore neutralne sustave.

Makroskopska tvar bit će električki nabijena ako u svom sastavu ima višak broja elementarne čestice s određenim predznakom naboja.

Znanstvenici odvajaju dio negativnog naboja od pozitivnog kako bi se naelektrizirali fizičko tijelo. To se može učiniti trenjem, što uključuje promatranje ogromnog broja transformacija elementarnih čestica.

Postojanje procesa koji se istražuje, u prostoru između pokretnih elemenata, zbog čega se dijeli konačno vrijeme, glavna je stvar koja razlikuje teoriju djelovanja na kratke udaljenosti od hipoteze djelovanja na daljinu. Ključno svojstvo električno polje u elektrodinamici, utjecaj njegovih čestica na druge električne naboje.

Napomena 2

Elektrostatičko polje može nastati samo djelovanjem električno punjenje, budući da postoji u prostoru koji okružuje međusobno povezane naboje.

Linije magnetske indukcije u elektrodinamici

Za smjer glavnog vektora magnetske indukcije znanstvenici koriste indikator Južni pol u odnosu na sjevernu magnetsku iglu, koja je slobodno postavljena u magnetskom polju. Ovaj smjer u elektrodinamici potpuno se podudara sa smjerom pozitivne energije zatvorene petlje sa strujom. Pozitivna normala pomiče se u smjeru u kojem se gimlet transformira ako ga rotirate paralelno sa strujom u petlji.

Pravilo gimleta može se formulirati na sljedeći način: ako se smjer stalnog kretanja gimleta u konačnici podudara sa strujom u vodiču, tada će se smjer rotacije ručke automatski izjednačiti s vektorom magnetske indukcije. U magnetskom polju aktivnog pravocrtnog vodiča, strelica je postavljena strogo duž tangentne kružnice.

Definicija 3

Linije magnetske indukcije su posebne linije, čije su tangente usmjerene na isti način kao i vektor u određenoj točki polja.

Parametri uniformnog polja uvijek su paralelni, i glavna značajka Linije indukcije magneta u elektrodinamici se nazivaju njihova beskonačnost. Polja sa zatvorenim linijama sile tvore magnetsko polje koje nema izvora.