32751

Релятивистское уравнение динамики. Релятивистское выражение для кинетической и полной энергии. Взаимосвязь массы и энергии

Доклад

Физика

Релятивистское выражение для кинетической и полной энергии. Взаимосвязь массы и энергии. Закон взаимосвязи массы и энергии. Для получения релятивистского выражения для кинетической энергии используем её связь с работой силы а силу подставим из релятивистской формы основного закона динамики материальной точки...

Русский

2015-04-22

43.5 KB

45 чел.

26.Релятивистское уравнение динамики. Релятивистское выражение для кинетической и полной энергии. Взаимосвязь массы и энергии.

Динамика, основанная на принципах СТО, инвариантная относительно преобразований Лоренца, называется релятивистской динамикой.

Основной закон динамики (второй закон Ньютона) для материальной точки имеет вид:

Основной закон релятивистской динамики материальной точки записывается так же, как и второй закон Ньютона:

но только в СТО под понимается релятивистский импульс частицы. Следовательно,

 

Так как релятивистский импульс не пропорционален скорости частицы, скорость его изменения не будет прямо пропорциональна ускорению. Поэтому постоянная по модулю и направлению сила не вызывает равноускоренного движения. Например, в случае одномерного движения вдоль оси x ускорение частицы под действием постоянной силы оказывается равным

Релятивистская  динамика.  Релятивистские масса и импульс. Основной закон динамики. Связь между полной энергией и импульсом.

Требование обеспечения инвариантности такого фундаментального закона природы, как закон сохранения импульса, вынуждает пересмотреть в СТО классическое определение
импульса Р = mu = m×dr/dt. Этот важнейший закон динамики будет инвариантным законом
(то есть выполнимым во всех ИСО), если заменить в определении импульса лабораторное время собственным (т. е. dt на dt
о), которое является инвариантным относительно преобразований
Лоренца. Итак, в СТО, Р = m×dr/dt
о, где dtо - промежуток времени, определяемый по часам, движущимся вместе с материальной точкой,  а dr – перемещение частицы в той ИСО, в которой определяется импульс.

T. к. dtо = dt×Ö(l –u22) , то Р = m×dr/dtо = Р = m×(dr/dtо)/Ö(l –u22) = mu/Ö(l –u22) - релятивистское выражение для импульса. При u <<  с оно переходит в классическое Р = mu.

Соответственно основной закон динамики материальной точки - 2-ой закон Ньютона
будет справедливым в СТО, т. е., релятивистки инвариантным, только в форме, приданной ему самим Ньютоном: dР/dt  = F, где Р - релятивистский импульс, т. е.  Р = mu/Ö(l –u
22);

здесь масса утрачивает прежний смысл коэффициента пропорциональности между силой и ускорением.

Некоторые авторы релятивистское толкование импульса основывают на зависимости массы тела от скорости его движения: m = mо/Ö(l –u22). В последнее время от этого отходят.

Закон  взаимосвязи массы и энергии.  Кинетическая энергия в релятивистской динамике.

Для получения релятивистского выражения для кинетической энергии используем её связь с работой силы, а силу подставим из релятивистской формы основного закона динамики материальной точки:

к = dА = Fdr = (dР/dt)dr = u×d[(mu/Ö(l –u22)] = u{d(mu)/Ö(l –u22) + mu×dÖ(l –u22)} = u{m×du/Ö(l - u22)  + m×u×(u/с2)×du/Ö(l –u22)3}  = m×u×du/Ö(l –u22)  + m×u3×(du/с2)/Ö(l –u22)3 = [m×u×du - m×u3×(du/с2) + m×u3×(du/с2)]/Ö(l - u22)3 = m×u×du/Ö(l –u22)3 = d[mс2/Ö(l –u22)]   Þ  
Е
к = mс2/Ö(l –u22) + const;

При u = 0, Ек = 0, то есть mс2/Ö(l –u22) + const = 0, откуда  const = - mс2 и

  Ек = mс2/Ö(l –u22) - mс2 = mс2[(1/Ö(l –u22) – 1] .

При u << с, Ö(l –u22) » 1 - u2/2си Ек » mu2/2  переходит в известное из механики Ньютона выражение, справедливое при малых, дорелятивистских скоростях.

Кинетическая энергия, как энергия движения, предстает в виде разности энергий, одну
из которых естественно назвать полной энергией Е, а другую – E
о = mс2 - энергией покоя:
 Е
к = Е - Ео.

Е = mс2/Ö(l - u22) - полная энергия тела.

Из взаимосвязи массы m тела с энергией покоя Ео = mс2, следует, что всякое изменение Dm массы тела сопровождается изменением DЕо энергии покоя, так что DЕо = Dm×с2 - закон взаимосвязи массы и энергии (покоя).

Энергия связи системы.

Масса образующейся составной частицы (системы) больше суммы масс исходных частиц, т. к. кинетическая энергия соединяющихся частиц превращается в эквивалентное количество энергии покоя. При обратном же процессе распада неподвижной частицы на составляющие её и разлетающиеся в разные стороны частицы сумма масс образовавшихся частиц оказывается меньше массы исходной составной частицы на величину, равную суммарной кинетической энергии разлетающихся частиц, деленной на с2.

Связь частиц в составе более сложной частицы можно характеризовать энергией связи Есв, численно равной работе, которую нужно затратить, чтобы преодолеть силы связи, разводя частицы на расстояние, где их взаимодействие убывает до нуля:

Есв  = Smiс2 - Мс2, где М - масса системы. Здесь имеет место нарушение свойства аддитивности массы.

Соотношение между полной энергией и импульсом частицы.

Для установления взаимосвязи полной энергии с импульсом частицы, возведём её
в квадрат и разделим на с
2:                

Е = mс2/Ö(l –u22)  ®  Е2 – Е2 u22 = m2с4  или, так как  Р = mu/Ö(l –u22) = Еu/с2  Þ  

Е2 – Р2с2 = m2с= const, или   Е22 – Р2 = m2с2 = Inv

Энергия и импульс изменяются при переходе от одной ИСО к другой, но изменяются взаимосогласованно, образуя единую меру движения материи, называемую комбинацией /тензором/ энергии - импульса. Подобно кинематическому инварианту - интервалу, объединившему в себе длину и длительность, тензор энергии - импульса образует динамический инвариант, объединяющий меры движения, сохранение которых тесно связано со свойствами симметрии пространства и времени – их однородностью.

Закон взаимосвязи массы и энергии

Полную энергию свободного тела можно определить как произведение его  релятивистской массы на квадрат скорости света в вакууме:


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

47379. Установление типа производства 49 KB
  Тип производства и соответствующая ему форма организации работы определяют характер ТП и его построение. Поэтому прежде чем приступить к проектированию ТП механической обработки деталей, необходимо исходя из заданной производственной программы
47380. Маркетинг підприємства «Бастардо» на ринку алкогольної продукції 1.87 MB
  Основна мета даної дипломної роботи полягає у дослідженні особливостей складання та реалізації маркетингової програми на діючому підприємстві оптової торговлі, що здійснює діяльність у галузі торгівлі безалкогольними напоями та пивом
47381. Кризис банковской системы Российской Федерации 197 KB
  В этой ситуации Правительство и Банк России посчитали необходимым и правильным принять комплекс мер направленный на нормализацию финансовой и бюджетной политики. С 17 августа 1998 года Банк России перешел к проведению политики плавающего курса рубля в рамках новых границ валютного коридора которые были определены на уровне от 6 до 95 руб. В соответствии с положениями Устава МВФ Правительство и Банк России ввели временные ограничения для резидентов Российской Федерации на осуществление валютных операций капитального характера....
47382. Исследование организации оплаты и стимулирования труда и направления ее совершенствования на предприятии (на примере УКП « Полоцк – торг, г. Полоцк) 232.01 KB
  ДИПЛОМНАЯ РАБОТА Исследование организации оплаты и стимулирования труда и направления ее совершенствования на предприятии на примере УКП Полоцк – торг г. ЗАРАБОТНАЯ ПЛАТА СИСТЕМА ОПЛАТЫ ТРУДА РЕГУЛИРОВАНИЕ ЗАРАБОТНОЙ ПЛАТЫ МОТИВАЦИЯ ТРУДА ОРГАНИЗАЦИЯ ОПЛАТЫ И СТИМУЛИРОВАНИЯ ТРУДА Объектом исследования выступает УКП Полоцк торг предметом исследования организации оплаты и стимулирования труда. Целью данной дипломной работы является анализ организации оплаты и стимулирования труда на УКП Полоцк торг и разработка направлений ее...
47383. Разработка рекомендаций по эффективному использованию денежных средств на примере ООО «Вахрушевец» 967 KB
  На расчетном счете сосредотачиваются свободные денежные средства и поступления за реализованную продукцию, выполненные работы и услуги, краткосрочные и долгосрочные ссуды, получаемые от банка, и прочие зачисления
47384. Организация логистических процессов распределения товаров (на примере ОАО "Полоцкий молочный комбинат") 331.39 KB
  Предмет исследования: распределительная логистика Цель работы: обоснование актуальности создания распределительного центра продукции ОАО Полоцкий молочный комбинат в городе Риге обоснование актуальности использования услуг дистрибьютора в городе Пскове и актуальность внедрения логистического программного обеспечения на предприятии и оценка экономической эффективность предложенных мероприятий. Исследование и разработки: изучены основные аспекты логистических процессов распределения товаров проанализирована организация логистической...
47385. Разработка маркетинговой стратегии развития организации на примере ООО “Антарес” 170.01 KB
  Раздел 1 Маркетинг как философия производства Содержит анализ литературных источников посвященных рассмотрению теоретических аспектов маркетинга классификации услуг анализ потребителей и их потребностей сегментации рынка услуг по пошиву одежды особенностям стимулирования сбыта в данной отраслевой группе влияние рекламы как основного элемента коммуникационного воздействия на потребителя.1 Понятие маркетинга особенности маркетинга услуг.2 Эффективность внедряемой услуги 655 Правовая часть...
47386. Влияние самооценки на успешность обучения в младшем школьном возрасте 383.5 KB
  Широкое распространение феномена оценки в учебновоспитательном процессе школы послужило причиной того что оценивание учителем результатов учебной деятельности учащихся и самооценивание выделилось в последние годы в самостоятельное направление. Согласно теории учебной деятельности оценочная деятельность порождает потребность ученика или учителя получить информацию о том соответствует или нет качество знаний и умений учащихся по предмету требованиям программы. Целью оценочной деятельности является таким образом контроль успеваемости...
47387. Разработка миссии и целей компании «Ultra» 254.18 KB
  В первую очередь целевое начало в деятельности организации возникает потому что организация это объединение людей преследующих определенные цели. так же как и те кто являются хозяевами организации или работают в организации преследуя свои собственные цели при взаимодействии с организацией придают ее существованию определенную направленность и тем самым развивают целевое начало в деятельности организации. Цели и задачи исследования. Первая глава посвящена теоретическому осмыслению понятий миссия цели система целей и др.