32747

Принцип относительности Галилея. Преобразования Галилея. Классическая теорема сложения скоростей. Инвариантность законов Ньютона в инерциальных системах отсчёта

Доклад

Физика

Математически принцип относительности Галилея выражает инвариантность неизменность уравнений механики относительно преобразований координат движущихся точек и времени при переходе от одной инерциальной системы к другой преобразований Галилея.Пусть имеются две инерциальные системы отсчёта одну из которых S условимся считать покоящейся; вторая система S' движется по отношению к S с постоянной скоростью u так как показано на рисунке. величинами не изменяющимися при переходе от одной системы отсчёта к другой. В кинематике все системы...

Русский

2013-09-05

39.5 KB

80 чел.

22.Принцип относительности Галилея. Преобразования Галилея. Классическая теорема сложения скоростей. Инвариантность законов Ньютона в инерциальных системах отсчёта.

Принцип относительности Галилея – это принцип физического равноправия инерциальных систем отсчёта в классической механике, проявляющегося в том, что законы механики во всех таких системах одинаковы.

Математически принцип относительности Галилея выражает инвариантность (неизменность) уравнений механики относительно преобразований координат движущихся точек (и времени) при переходе от одной инерциальной системы к другой — преобразований Галилея.
Пусть имеются две инерциальные системы отсчёта, одну из которых, S, условимся считать покоящейся; вторая система, S', движется по отношению к S с постоянной скоростью u так, как показано на рисунке. Тогда преобразования Галилея для координат материальной точки в системах S и S' будут иметь вид:
x' = x - ut, у' = у, z' = z, t' = t (1)
(штрихованные величины относятся к системе S', нештрихованные — к S). Т. о., время в классической механике, как и расстояние между любыми фиксированными точками, считается одинаковым во всех системах отсчёта.
Из преобразований Галилея можно получить соотношения между скоростями движения точки и её ускорениями в обеих системах:
v' = v - u, (2)
a' = a.
В классической механике движение материальной точки определяется вторым законом Ньютона:
F = ma, (3)
где m — масса точки, a F — равнодействующая всех приложенных к ней сил.
При этом силы (и массы) являются в классической механике инвариантами, т. е. величинами, не изменяющимися при переходе от одной системы отсчёта к другой.
Поэтому при преобразованиях Галилея уравнение (3) не меняется.
Это и есть математическое выражение Галилеева принципа относительности.

ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ГАЛИЛЕЯ.

В кинематике все системы отсчета равноправны между собой и движение можно описывать в любой из них. При исследовании движений иногда приходится переходить от одной системы отсчета ( с координатной системой ОХУZ) к другой - (О`Х`У`Z`). Рассмотрим случай, когда вторая система отсчета движется относительно первой равномерно и прямолинейно со скоростью V=соnst.

Для облегчения математического описания предположим, что соответствующие оси координат параллельны друг другу, что скорость направлена вдоль оси Х, и что в начальный момент времени (t=0) начала координат обеих систем совпадали друг с другом. Используя справедливое в классической физике допущение об одинаковом течении времени в обеих системах, можно записать соотношения, связывающие координаты некоторой точки А(х,у,z) и А (х`,у`,z`) в обеих системах. Такой переход от одной системы отсчета к другой носит название преобразований Галилея):

ОХУZ             О`Х`У`Z`

t = t`                 t`= t

х = х` + Vxt      х` = х - Vxt

y = y`                y`= y

z = z`                z` = z

x = v`x + Vx         v`x = vx - Vx

ax = a`x              a`x = ax

 

Ускорение в обеих системах одинаково (V=соnst). Глубокий смысл преобразований Галилея будет выяснен в динамике. Преобразование скоростей Галилея отражает имеющий место в классической физике принцип независимости перемещений.

Сложение скоростей в СТО

Классический закон сложения скоростей не может быть справедлив, т.к. он противоречит утверждению о постоянстве скорости света в вакууме. Если поезд движется со скоростью v и в вагоне в направлении движения поезда распространяется световая волна, то ее скорость относительна Земли все равно c, а не v + c.

Рассмотрим две системы отсчета.

В системе K0 тело движется со скоростью v1. Относительно же системы K оно движется со скоростью v2. Согласно закону сложения скоростей в СТО:

Если << c и v1 << c, то слагаемым можно пренебречь, и тогда получим классический закон сложения скоростей: v2 = v1 + v.

При v1 = c скорость v2 равна c, как этого требует второй постулат теории относительности:

При v1 = c и при v = c скорость v2 вновь равна скорости c.

Замечательным свойством закона сложения является то, что при любых скоростях v1 и v (не больше c), результирующая скорость v2 не превышает c. Скорость движения реальных тел больше, чем скорость света, невозможна.

Сложение скоростей

При рассмотрении сложного движения (то есть когда точка или тело движутся в одной системе отсчёта, а она движется относительно другой) возникает вопрос о связи скоростей в 2 системах отсчёта.

Классическая механика

В классической механике абсолютная скорость точки равна векторной сумме её относительной и переносной скоростей:

Простым языком: Скорость движения тела относительно неподвижной системы отсчёта равна векторной сумме скорости этого тела относительно подвижной системы отсчета и скорости самой подвижной системы отсчета относительно неподвижной системы.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

27596. Исправительные и обязательные работы как виды уголовного наказания. Их характеристика, порядок и условия применения 31 KB
  Исправительные и обязательные работы как виды уголовного наказания. Исправительные работы заключаются в принудительном привлечении осужденного к труду не имеющему основного места работы с удержанием в доход государства определенной доли из его заработка в размере установленном приговором суда. Исправительные работы включают следующие основные элементы: принудительное привлечение к труду; привлечение к труду лиц не имеющих основного места работы; отбывание наказания в местах определяемых органами местного самоуправления по...
27598. Конфискация имущества как мера уголовно-правового характера 30 KB
  Конфискация имущества как мера уголовноправового характера Уже прошло несколько лет с того момента когда в уголовном законе были произведены наиболее ожидаемые изменения Федеральным законом от 27 июля 2006 г. № 153 восстановлен институт конфискации имущества. № 162ФЗ не вызвало столь острых дискуссий на страницах юридической литературы как отмена конфискации имущества. В обновленной редакции конфискация имущества определяется как мера уголовноправового характера заключающаяся в принудительном безвозмездном обращении по решению суда в...
27599. Крайняя необходимость. Понятие и условия ее правомерности. Отличие крайней необходимости от необходимой обороны 30 KB
  Отличие крайней необходимости от необходимой обороны. 39 УК не является преступлением причинение вреда охраняемым уголовным законом интересам в состоянии крайней необходимости т. для устранения опасности непосредственно угрожающей личности и правам данного лица или иных лиц охраняемым законом интересам общества или государства если эта опасность не могла быть устранена иными средствами и при этом не было допущено превышение пределов крайней необходимости. Акт крайней необходимости является правом граждан но не обязанностью.
27601. Лишение права занимать определенные должности и заниматься определенной деятельностью. Лишение специального, воинского или почетного звания, классного чина и государственных наград. Понятие данных видов наказания, порядок и условия их применения 31.5 KB
  Лишение права занимать определенные должности и заниматься определенной деятельностью. Лишение права занимать определенные должности или заниматься определенной деятельностью состоит в запрещении занимать должности на государственной службе в органах местного самоуправления либо заниматься определенной профессиональной или иной деятельностью. Лишение права занимать определенные должности или заниматься определенной деятельностью может назначаться в качестве основного или дополнительного наказания. Лишение права занимать определенные должности...
27603. Лишение свободы как вид наказания. Сроки лишения свободы. Основания и порядок назначения вида исправительного учреждения. Отличие лишения свободы от ареста и ограничения свободы 43.5 KB
  Лишение свободы как вид наказания. Сроки лишения свободы. Отличие лишения свободы от ареста и ограничения свободы. Лишение свободы на определенный срок состоит в изоляции осужденного от общества на установленный в приговоре срок путем помещения его в одно из исправительных учреждений специально предназначенных для исполнения этого вида наказания.