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

79 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

47321. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НОМИНАЛЬНОЙ МОЩНОСТИ ТРАНСФОРМАТОРОВ ТРАНСФОРМАТОРНЫХ ПОДСТАНЦИЙ И ИХ РАССТАНОВКА ПО ТЕРРИТОРИИ. РАЗРАБОТКА СЕТИ 380 В 1.7 MB
  К каждому ВРУ будет подводиться два взаиморезервируемых кабеля т. Питание вводных распределительных устройств ВРУ жилых домов и достаточно мощных общественных потребителей будет осуществляться по радиальной схеме. От одного ВРУ жилого дома будем питать 23 секции а так же маломощных общественных потребителей расположенных на первом этаже жилых зданий. Выберем сечение кабеля для электроснабжения ВРУI от которого питаются две секции жилого дома №10 от ТП№1 для первого варианта установки ТП.
47322. Проект системы электроснабжения района города в Московской области 3.17 MB
  Сечения жил кабелей линий 380 В должны выбираться по соответствующим расчётным электрическим нагрузкам линий в нормальных и послеаварийных режимах работы на основе технических ограничений допустимого нагрева и допустимых потерь напряжения а также с учётом применения минимальных сечений по условиям механической прочности в условиях монтажа и эксплуатации. Проверка кабелей 04 кВ по условию допустимых потерь напряжения Проверка проводится для нормального и послеаварийного режимов.8 где суммарные потери напряжения в нормальном режиме от...
47324. Сцепление арматуры с бетоном. Анкеровка ненапрягаемой и напрягаемой арматуры 685.1 KB
  Надежное сцепление арматуры с бетоном является основным фактором, обеспечивающим совместную работу арматуры и бетона в железобетоне и позволяющим ему работать под нагрузкой как единому монолитному телу.
47325. Автоматизация процесса продажи книг через сеть Интернет 4.43 MB
  Раньше большинство сайтов разрабатывались исключительно с использованием HTML и CSS сейчас же в основном используются языки высокого уровня такие как PHP JvScript с применением MySQL для хранения информации в базе данных. Для начала опишем основную схему работы сайта на PHP и MySQL с использованием в качестве Webсервера pch. Сервер в ответ на этот запрос запускает интерпретатор PHP для выполнения скрипта. В данной дипломной работе производится проектирование и создание такой системы в составе административного приложения и приложения...
47327. Зарубежная педагогическая мысль и образование первой половины ХХ века 167.74 KB
  В первой половине XX века в мировой школе и педагогике произошли существенные изменения: рост требований к объему знаний, умений, навыков, новые исследования о природе ребенка, практический опыт учебных заведений и др. Увеличивается число педагогических центров: Лига нового воспитания, Международное Бюро Просвещения. В отдельных странах действуют национальные педагогические объединения, например, Прогрессивная ассоциация народного образования (США).
47328. Описание технологического процесса приготовления салата фирменного «Пикантный», стейка из свинины 93.29 KB
  Описание технологического процесса приготовления салата фирменного стейка со сложным гарниром чизкейка. Содержание Введение Характеристика темы Рецептура на блюда и изделие Товароведная характеристика сырья Технологический процесс...