Энергия. Релятивистік динамикадағы импульс және масса. Материалдық дене үшін энергия мен массаның байланыс заңы
жүктеу/скачать 25,17 Kb.
|
Энергия. Релятивистік динамикада ы импульс ж не масса. Материалд
- Бұл бет үшін навигация:
- Зарядталған бөлшектердің үдеткіштері
- Үйге тапсырма.§28.
|
17.03.21 Энергия. Релятивистік динамикадағы импульс және масса. Материалдық дене үшін энергия мен массаның байланыс заңы. Дене күш әсерінен үдеумен қозғалады. Ньютонның екінші заңына сәйкес импульс пен жылдамдық уақыт өте келе артады: t = = m Жылдамдық шекті және жарық жылдамдығынан жоғары бола алмайды, демек, 3 × м/с қа жеткенде күштің одан кейінгі әсері релятивистік эффектіге, яғни массаның артуына алып келеді. Есептеулер дененің қозғалыс жылдамдығы жоғарылаған кезде массаның артуы үздіксіз жүретінін және жылдамдықтың жарық жылдамдығымен шамалас жоғары мәндерінде мына мәнге тең болатынын көрсетті: m Релятивистік механика үшін импульстік түрдегі Ньютонның екінші заңы мына түрге келеді: , Дене массасының оның жылдамдығына тәуелділік графигі берілген. Жылдамдық жарық жылдамдығына дейін артқанда u ® ñ , дененің массасы шексіздікке ұмтылады: m__, үдеу нөлге дейін кемиді, à = 0 , жылдамдық пен массаның өсуі тоқтайды, дене жарық жылдамдығымен түзу сызықты және бірқалыпты қозғалады. Релятивистік механикада импульстің жылдамдыққа тәуелділігі мына түрге келеді: Эйнштейннің арнайы салыстырмалылық теориясына сәйкес дене массасы оның қозғалыс жылдамдығына тәуелді, демек, энергия мен масса арасында байланыс бар. Механикалық және жылу құбылыстарында денелердің және молекулалардың жылдамдықтары жарық жылдамдығынан біршама аз, сондықтан релятивистік эффект байқалмайды. Арнайы салыстырмалылық принципі негізінде Эйнштейн масса мен энергия арасында байланыс орнатты: m мұндағы m – дененің массасы. Формуланың терең физикалық мағынасы бар: материяның бір түрінің екінші түрге – зат өріске және керісінше, өріс затқа айналуы мүмкін. Мұндай айналуларға Эйнштейн формуласына сәйкес массалары толығымен электрмагниттік өрістің энергиясына айналатын элементар бөлшектердің өзара әрекеттесуі мысал бола алады. Екі фотон түзілетін бөлшек- антибөлшек жұбының өзара түрленуі осы реакцияға мысал бола алады. Мысалы, электрон мен позитронның өзара түрленуі кезінде екі гамма- кванты түзіледі, жұптың тыныштық энергиясы толығымен фотон энергиясына айналады: + = 2 . Тыныштық энергиясын арттыратын, демек, массаныда арттыратын мысалы, элементар бөлшектердің соқтығысуы сияқты кері процестер де жүреді. Мұндай реакцияларда массалары бастапқы бөлшектерден артық жаңа бөлшектер туындауы мүмкін. Бұл бөлшектерде «бастапқы масса» соқтығысудың кинетикалық энергиясы болып табылады. Дене массасының жылдамдыққа тәуелділігін ескеріп, E мына түрде жазамыз: E, Бұдан қозғалмайтын дене = тыныштық энергиясына ие болатыны шығады. Эйнштейн формуласының орындалуы және тыныштық массасының болуы элементар бөлшектердің өзара әрекеттесуі және атом ядроларының түрленуі кезінде тәжірибе жүзінде расталды. Зарядталған бөлшектердің үдеткіштері – электр өрісін қолданып, энергиясы жоғары зарядталған бөлшектер алуға арналған құрылғы. Бөлшектер магнит өрісі арқылы басқарылады. Бөлшектердің қозғалыс траекториясына қарай үдеткіштер циклдік және сызықтық, бөлшек түріне қарай электрондардың, мезондардың, протондардың үдеткіштері болып бөлінеді. Үдеткіштерді құрастырудың негізгі мақсаты – материяның, кеңістіктің және уақыттың құпиялары сақталған микроәлем бөлшектерін зерттеу. Релятивистік механикада кинетикалық энергияны есептеудің E формуласын қолдану қате нәтиже береді. Оны тыныштық энергиясының, кинетикалық және потенциалдық энергиялардың қосындысына тең толық энергия арқылы өрнектейді: E = ++ . Бөлшектердің басқа денелермен өзара әрекеттесу энергиясы, әрине, массасы аз, қозғалыс жылдамдығы жоғары кинетикалық энергиямен салыстырғанда өте аз, демек, потенциалдық энергияны ескермеуге болады. немесе . Эйнштейннің салыстырмалылық туралы арнайы теориясы кеңістік пен уақыт туралы көзқарасты толығымен өзгертті. Оның теориясы жарық жылдамдығының тұрақтылығына негізделген. Жарық жылдамдығы – абсолют шама, санақ жүйесін таңдауға тәуелсіз. Кеңістік пен уақытты сипаттайтын шамалар салыстырмалы болу керек. Жарық жылдамдығына жуық жылдамдықпен қозғалатын дене үшін кеңістік пішіні өзгереді: бөлшектің қозғалыс бағыты бойынша қысқарады, уақыт баяулайды. Бір процесс әртүрлі санақ жүйелерінде әртүрлі уақыт аралығында өтеді. Эйнштейн теориясы Галилей принципін жоққа шығармайды. Жылдамдықтардың аз мәнінде релятивистік механика формулалары классикалық механика формулаларына айналады. Эйнштейннің салыстырмалылық теориясы сәйкестік принципі орындалатын жалпылама теория болып табылады. Сұрақтар. 1. Дененің массасы мен энергиясы арасында қандай байланыс бар? 2. Дененің массасы мен энергиясын байланыстыратын Эйнштейн формуласының физикалық мағынасы қандай? 3. Галилейдің салыстырмалық принципі мен Эйнштейннің арнайы салыстырмалылық теориясының негізгі айырмашылығы неде? 4. Галилей принципі мен Эйнштейн теориясы үшін сәйкестік принципі орындалатынын қалай дәлелдеуге болады? Жаттығу. = 0,75с жылдамдықпен қозғалатын электронның кинетикалық энергиясын классикалық және релятивистік механика формулалары бойынша анықтаңдар. Электронның тыныштық массасы 9,1 · 10–31 кг. Үйге тапсырма.§28. жүктеу/скачать 25,17 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|