Презентация на тему теория относительности. Специальная теория относительности

Изучение основ специальной теории относительности – постулатов СТО;
формирование физического мировоззрения, ответственности, которая стоит перед учеными за последствия применения научных открытий перед человечеством;
развитие познавательного интереса к предмету, умения логически мыслить, анализировать, сопоставлять научные факты.

Мир, в котором мы живем, сложен и многообразен. Издавна человек стремился познать окружающий его мир. Исследования шли в трех направлениях:

Поиск элементарных составляющих, из которых образована вся окружающая материя.
Изучение сил, связывающих элементарные составляющие материи.
Описание движение частиц под действием известных сил.

Сторонники одной школы (Демокрит, Эпикур) утверждали, что нет ничего, кроме атомов и пустоты, в которой движутся атомы. Они рассматривали атомы как мельчайшие неделимые частицы, вечные и неизменные, пребывающие в постоянном движении и различающиеся формой и величиной.
Сторонники другого направления придерживались прямо противоположной точки зрения. Они считали, что вещество можно делить бесконечно.

Современные взгляды

Мельчайшие частицы вещества, сохраняющие его химические свойства - это молекулы и атомы. Атомы в свою очередь имеют сложную структуру и состоят из атомного ядра и электронов. Атомные ядра состоят из нуклонов - нейтронов и протонов. Нуклоны в свою очередь состоят из кварков.

Новая физика на рубеже веков - теория относительности, квантовая теория.

Из истории

Как-то А. Эйнштейну указали на несоответствие его формул и фактов, на что он ответил: "Тем хуже для фактов".

Теория, заменившая механику Ньютона при описании движения тел со скоростями, близкими к скорости света. При малых скоростях различия между результатами СТО и ньютоновской механикой становятся незначительными.

Специальная теория относительности была разработана в начале XX века усилиями Г. А. Лоренца, А. Пуанкаре и А. Эйнштейна

А. Пуанкаре

Высказал предположение о принципиальной не наблюдаемости движения относительно эфира.

Г. А. Лоренц

«Положение вещей было бы удовлетворительным, если бы можно было с помощью определенных основных допущений показать, что многие электромагнитные явления строго, то есть без какого-либо пренебрежения членами высших порядков, не зависят от движения системы. … На скорость налагается только то ограничение, что она должна быть меньше скорости света»

А. Эйнштейн

создатель общей теории относительности

История создания СТО

Говорят, что прозрение пришло к Альберту Эйнштейну в одно мгновение. Ученый якобы ехал на трамвае по Берну (Швейцария), взглянул на уличные часы и внезапно осознал, что если бы трамвай сейчас разогнался до скорости света, то в его восприятии эти часы остановились бы - и времени бы вокруг не стало. Это и привело его к формулировке одного из центральных постулатов относительности - что различные наблюдатели по-разному воспринимают действительность, включая столь фундаментальные величины, как расстояние и время.

Создание СТО

Эйнштейн осознал, что описание любого физического события или явления зависит от системы отсчета, в которой находится наблюдатель.

Пример: если пассажирка трамвая, например, уронит очки, то для нее они упадут вертикально вниз, а для пешехода, стоящего на улице, очки будут падать по параболе, поскольку трамвай движется, в то время как очки падают. У каждого своя система отсчета.

Принцип относительности

законы природы одни и те же для всех систем отсчета, движущихся с постоянной скоростью.

Немного истории

Отцом принципа относительности считается Галилео Галилей, который обратил внимание на то, что находясь в замкнутой физической системе, невозможно определить, покоится эта система или равномерно движется.

Принцип относительности Галилея

В своей книге «Диалоги о двух системах мира» Галилей сформулировал принцип относительности следующим образом: Для предметов, захваченных равномерным движением, это последнее как бы не существует и проявляет своё действие только на вещах, не принимающих в нём участия.

Постулаты СТО

Скорость света не зависит от скорости движения источника во всех инерциальных системах отсчёта.

Специальная теория относительности

Большинство парадоксальных и противоречащих интуитивным представлениям о мире эффектов, возникающих при движении со скоростью, близкой к скорости света, предсказывается именно специальной теорией относительности. Самый известный из них - эффект замедления хода часов, или эффект замедления времени. Часы, движущиеся относительно наблюдателя, идут для него медленнее, чем точно такие же часы у него в руках.

Общая теория относительности

Общая теория относительности делает мир четырехмерным: к трем пространственным измерениям добавляется время. Все четыре измерения неразрывны, поэтому речь идет уже не о пространственном расстоянии между двумя объектами, как это имеет место в трехмерном мире, а о пространственно-временных интервалах между событиями, которые объединяют их удаленность друг от друга - как по времени, так и в пространстве.

Применение

Общая теория относительности помогает объяснить явления, которые мы наблюдаем в космосе.

Примеры: незначительные отклонения Меркурия от стационарной орбиты; искривление электромагнитного излучения далеких звезд при его прохождении в непосредственной близости от Солнца.

Ошибки теории

Итак, приходится признать, что теория относительности не доказана экспериментальным путем, а все так называемые доводы и доказательства вызывают резонные возражения.

Пример: Если время не замедляется, как обещал нам Эйнштейн, то инопланетяне никогда не доберутся до нас, равно как и мы до них. Человек, отправившийся в великое космическое путешествие старится теми же темпами, что и его брат-близнец - домосед, дряхлеющий где-нибудь в городской квартирке .

мир состоит из... незримо тонких, вибрирующих нитей. От характера их колебаний зависит облик элементарных частиц (противоречит квантовой физике)

С математической точки зрения теория относительности выстроена, в самом деле, безупречно. "Ошибку", заложенную в ней, мы осознаем только сейчас: теория эта не имеет никакого отношения к реальной действительности. Причина тут кроется в особенностях мышления Эйнштейна. Для него мироздание представлялось областью чистой кинематики. Предложенные им формулы учитывали одни лишь особенности движения тел.

Эйнштейний- единица энергии, применяемая в фотохимии.
элемент №99 Эйнштейний в Периодической системе элементов Менделеева.
астероид 2001 Эйнштейн.
кратер на Луне.
квазар Крест Эйнштейна.
премия мира имени А. Эйнштейна.
многочисленные улицы городов мира.

Сформулировать классический принцип относительности. Что он утверждает?
Что можно сказать о причинно-следственных связях в классической физике?
Зачем классической механике требовался эфир?
Что обнаружили наблюдения оптических явлений в свойствах эфира?
Какой выход нашел Альберт Эйнштейн из тупиковой ситуации, в которой оказалась проблема эфира?

1. Какие из приведенных ниже утверждений соответствуют постулатам теории относительности:

1 - все процессы природы протекают одинаково в любой инерциальной системе отсчета;
2 - скорость света в вакууме одинакова во всех системах отсчета;
3 - все процессы природы относительны и протекают в различных системах отсчета неодинаково?
А . Только 1 Б. Только 2 В. Только 3 Г. 1 и 2 Д. 1 и 3 Е. 2 и 3 Ж. 1, 2 и 3.

2. Понятие одновременности событий является: А . Неабсолютным

Б . Абсолютным

3. Скорость космического корабля увеличилась от 0 до 0,5 с . Как изменилась масса и импульс тела для наблюдателя в системе отсчета, связанной с Землей?

А . Не меняется Б. Уменьшается В. Увеличивается

Какую массу удалось бы поднять на высоту 50 м за счет энергии при полном превращении 0,5 г массы в энергию?
Первый космический корабль стартует с Земли со скоростью V 1 = 0,68 с . Второй космический корабль стартует с первого космического корабля в том же направлении со скоростью V 2 = 0,86 с . Вычислите скорость второго космического корабля относительно Земли.

Cлайд 1

Специальная теория относительности. Постулаты теории относительности Урок в 11 классе. Подготовила учитель МБОУ СОШ с. Никифарово Ишназарова А.Р.

Cлайд 2

СТО Специальная теория относительности (СТО) - теория, описывающая движение, законы механики и пространственно-временные отношения при произвольных скоростях движения, меньших скорости света в вакууме, в том числе близких к скорости света. В рамках специальной теории относительности классическая механика Ньютона является приближением низких скоростей. Обобщение СТО для гравитационных полей называется общей теорией относительности. Описываемые специальной теорией относительности отклонения в протекании физических процессов от предсказаний классической механики называют релятивистскими эффектами, а скорости, при которых такие эффекты становятся существенными, - релятивистскими скоростями.

Cлайд 3

Из истории СТО. Специальная теория относительности была разработана в начале XX века усилиями Г. А. Лоренца, А. Пуанкаре, А. Эйнштейна и других учёных. Экспериментальной основой для создания СТО послужил опыт Майкельсона. Его результаты оказались неожиданными для классической физики своего времени: независимость скорости света от направления (изотропность) и орбитального движения Земли вокруг Солнца. Попытка интерпретировать этот результат в начале XX века вылилась в пересмотр классических представлений, и привела к созданию специальной теории относительности.

Cлайд 4

Cлайд 5

При движении с околосветовыми скоростями видоизменяются законы динамики. Второй закон Ньютона, связывающий силу и ускорение, должен быть модифицирован при скоростях тел, близких к скорости света. Кроме этого, выражение для импульса и кинетической энергии тела имеет более сложную зависимость от скорости, чем в нерелятивистском случае.

Cлайд 6

Основные понятия СТО. Система отсчёта представляет собой некоторое материальное тело, выбираемое в качестве начала этой системы, способ определения положения объектов относительно начала системы отсчёта и способ измерения времени. Обычно различают системы отсчёта и системы координат. Добавление процедуры измерения времени к системе координат «превращает» её в систему отсчёта. Инерциальная система отсчёта (ИСО) - это такая система, относительно которой объект, не подверженный внешним воздействиям, движется равномерно и прямолинейно. Событием называется любой физический процесс, который может быть локализован в пространстве, и имеющий при этом очень малую длительность. Другими словами, событие полностью характеризуется координатами (x, y, z) и моментом времени t.

Cлайд 7

Обычно рассматриваются две инерциальные системы S и S". Время и координаты некоторого события, измеренные относительно системы S обозначаются как (t, x, y, z), а координаты и время этого же события, измеренные относительно системы S", как (t", x", y", z"). Удобно считать, что координатные оси систем параллельны друг другу и система S" движется вдоль оси x системы S со скоростью v. Одной из задач СТО является поиск соотношений, связывающих (t", x", y", z") и (t, x, y, z), которые называются преобразованиями Лоренца.

Cлайд 8

1 принцип относительности. Все законы природы инвариантны по отношению к переходу от одной инерциальной системы отсчета к другой (протекают одинаково во всех инерциальных системах отсчета). Это означает, что во всех инерциальных системах физические законы (не только механические) имеют одинаковую форму. Таким образом, принцип относительности классической механики обобщается на все процессы природы, в том числе и на электромагнитные. Этот обобщенный принцип называют принципом относительности Эйнштейна.

Cлайд 9

2 принцип относительности. Скорость света в вакууме не зависит от скорости движения источника света или наблюдателя и одинакова во всех инерциальных системах отсчета. Скорость света в СТО занимает особое положение. Это предельная скорость передачи взаимодействий и сигналов из одной точки пространства в другую.

Cлайд 10

СТО. СТО позволила разрешить все проблемы «доэйнштейновской» физики и объяснить «противоречивые» результаты известных к тому времени экспериментов в области электродинамики и оптики. В последующее время СТО была подкреплена экспериментальными данными, полученными при изучении движения быстрых частиц в ускорителях, атомных процессов, ядерных реакций и т. п.

Специальная теория относительностиПРЕЗЕНТАЦИЮ ПОДГОТОВИЛА:
СИМОНОВА ЕКАТЕРИНА
СТУДЕНТКА 2 КУРСА, ГРУППЫ №3
ФАКУЛЬТЕТА КОНФЛИКТОЛОГИИ

СПЕЦИАЛЬНАЯ ТЕОРИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ

перевернула наши представления о пространстве и времени,
об энергии и материи, представления, к которым
человечество шло на протяжении тысячелетий своей
истории.

Классическая механика Ньютона и Галилея

Принцип инерции:
«Тела, не испытывающие
воздействия сил, движутся
равномерно и прямолинейно»
Принцип сложения скоростей:
«Скорость тела складывается
из скорости системы отсчёта
и скорости движения тела в
ней»
Принцип относительности
Галилея:
«Все законы механики
одинаковы
в инерциальных системах
отсчёта»

Инерциальные системы отсчета – системы
отсчета, которые находятся в состоянии покоя
или движутся прямолинейно равномерно
Неинерциальные системы отсчета – системы
отсчета, которые движутся с ускорением
В 1632 г. Галилео Галилей сформулировал
принцип относительности:
все механические явления протекают в любых
инерциальных системах отсчета одинаковым
образом. Все законы механики инвариантны по
отношению к любым инерциальным системам
отсчета.

Вторая половина XIX века,
Дж. Максвелл
сформулировал
основные законы
электродинамики
Распространяется ли принцип
относительности, справедливый для
механических явлений, на электромагнитные
явления?

Развитие физических представлений в XIX веке

6
Электричество и магнетизм порождают друг
друга
Электромагнитное поле распространяется
подобно волне
Свет – электромагнитная волна
Уравнения Максвелла для электромагнитного
поля – высшая форма знаний об
электромагнетизме

Два представления о свете, сложившиеся в физике в XVII веке

7
Ньютон (1643-1727):
«Свет – это поток частиц
в пустоте»
Гюйгенс (1629-1695):
«Свет – это волна в эфире»

НЬЮТОН: Отражение света – это отскакивание частиц света от препятствия

ГЮЙГЕНС: Свет – это волна в эфире

9
Эфир – среда, в которой
распространяется свет
Скорость света в эфире
не зависит от скорости
источника
Точка, до которой дошла
волна, сама становится
источником волны

Представления о свете в XIX веке

10
Свет – это электромагнитная волна,
распространяющаяся в мировом эфире
Мировой эфир – это неподвижная среда,
заполняющая всё пространство, для
распространения электромагнитных волн

Раскол в представлениях физиков о природе света к началу XX века

11
СВЕТ – ВОЛНЫ
В ПУСТОТЕ
Пуанкаре Эйнштейн
Гюйгенс
СВЕТ – ПОТОК
ЧАСТИЦ
СВЕТ – ВОЛНЫ
ЭФИРА
Ньютон
Лоренц
Ритц

В вагоне, движущемся относительно полотна железной
дороги, посылается световой сигнал в направлении
движения.

относительно человека в вагоне?
Какова скорость светового сигнала
относительно человека на земле?

13
Принцип относительности
неприменим к электромагнитным
явлениям.
Х. Лоренц

Обнаружились противоречия между электродинамикой и механикой Ньютона. Возможные пути решения:

14
Уравнения Максвелла
несправедливы
Г. Герц

Обнаружились противоречия между электродинамикой и механикой Ньютона. Возможные пути решения:

15
Принцип относительности и уравнения
Максвелла справедливы,
нужно отказаться от классических
представлений о пространстве и
времени.
А. Эйнштейн

Альберт Эйнштейн – создатель теории относительности

Специальная теория
относительности
была опубликована
в 1905 году.
Более сложная с точки
зрения математического
аппарата общая теория
относительности была
завершена Эйнштейном
к 1916 году.

СТО и ОТО

Специальная теория относительности (СТО) – теория,
описывающая движение, отношения между
пространством и времени при скоростях, близких к
скорости света.
Общую теорию относительности(ОТО) – это теория,
которая является обобщением СТО для
гравитационных полей.

Постулаты специальной теории относительности Эйнштейна (1905 г.)

18
Постулат 1. Принцип относительности
Все процессы природы протекают одинаково во всех
инерциальных системах отсчета.
Постулат 2. Принцип постоянства
скорости света
Скорость света в вакууме одинакова для всех
инерциальных систем отсчета, она не зависит ни от
скорости источника, ни от скорости приемника
светового сигнала.

Основные выводы из специальной теории относительности Эйнштейна (1905 г.)

19
1. Сокращение размеров тела
2. Замедление времени
3.Релятивистский закон сложения
скоростей
4.Закон релятивистской механики.
Связь между массой и энергией

«Баллистическая теория Ритца» - Распространение света. Эйнштейн. Отражение. Объяснение опыта Майкельсона. Венера. Радиолокация. Проверка общей теории относительности. Луч. Распространение света с учётом скорости. 2 луча поперёк движения. Проверка постулата. Достоинства баллистической теории Ритца. Ложка и линейка в стакане с водой.

«Принцип относительности в механике» - Частицы. Преобразования Лоренца. Скорость света в вакууме. Времениподобные интервалы. Пространственно-временной интервал. Плотность падающего на Землю потока энергии. Следствия из преобразований Лоренца. Масса Солнца. Закон сохранения полной энергии. Относительное уменьшение частоты фотона. Релятивистский импульс.

«Постулаты специальной теории относительности» - Собственное время. Классическая механика. Принцип относительности Галилея. Теория дальнодействия. Правило сложения скоростей. События в системе. Два события. Перемещение. Максимальная длина. Выражение. Частица. Замедление времени. Принцип относительности. Связь между координатами точки. Физический смысл.

«Общая теория относительности» - Основное уравнение для черных дыр. Плоские двумерные существа. ОТО предполагает наличие во Вселенной черных дыр. Период вращения Земли. Минковский. Дальнодействие сил инерции. Эйнштейн, обобщая идеи СТО создал теорию гравитации. Состояние невесомости. Обобщение закона тяготения Ньютона. Понятие кривизны пространства.

«Специальная теория относительности Эйнштейна» - Человек. Коперник. Специальная теория относительности. Портрет. Картинка. Понятия времени и пространства. Идеи абсолютного времени. Маячки. Скорость света. Количество энергии. Теория относительности. Тело с гигантской массой. Время и свет. Ученый. Логические связи. Путь луча. Знаменитая формула. Жизнь на Земле.

«Общая теория относительности Эйнштейна» - Неевклидовы геометрии. Тайна тяготения. Теория электромагнитных явлений Максвелла. Эффекты ОТО. Гравитационные волны. Скорость распространения гравитации. Линзирование. Проект LISA. Принцип Маха. Термодинамика черных дыр. Общий принцип относительности. Космология. Физика до теории относительности. Механика и теория тяготения Ньютона.

Всего в теме 20 презентаций

Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com

Подписи к слайдам:

Г.А. Лоренц А. Эйнштейн

Пример. В момент времени t = 0, когда координатные оси двух инерциальных систем K и K" совпадают, в общем начале координат произошла кратковременная вспышка света. За время t системы сместятся относительно друг друга на расстояние υt, а сферический волновой фронт в каждой системе будет иметь радиус ct, так как системы равноправны и в каждой из них скорость света равна c. С точки зрения наблюдателя в системе K центр сферы находится в точке O, а с точки зрения наблюдателя в системе K" он будет находиться в точке O".

Объяснение противоречий. На смену галилеевых преобразований СТО предложила другие формулы преобразования при переходе из одной инерциальной системы в другую – так называемые преобразования Лоренца, которые при скоростях движения, близких к скорости света, позволяют объяснить все релятивисткие эффекты, а при малых скоростях (υ

Предыдущая статья: Чему равна скорость света Следующая статья: Углерод — характеристика элемента и химические свойства