Меню

Во сколько раз увеличится масса при скорости света



Во сколько раз увеличится масса при скорости света

§10. ЗАВИСИМОСТЬ МАССЫ ОТ СКОРОСТИ
В СВЕРХСВЕТОВОМ ДИАПАЗОНЕ

Формула зависимости массы от скорости (корректнее было бы говорить не про «массу», а про коэффициент пропорциональности между силой электромагнитного поля и вызываемым этой силой ускорением) была известна еще до появления теории относительности:

Если в эту формулу подставить значение скорости, превышающее скорость света, то тогда получится отрицательное число под знаком квадратного корня, то есть тело, движущееся со сверхсветовой скорости, должно иметь мнимую массу. Физический смысл «мнимой массы» весьма сомнителен, и поэтому в теории относительности это служило одним из аргументов в пользу невозможности верхсветовых скоростей.

Однако после того, как наблюдаемые данные стали свидетельствовать в пользу возможности сверхсветовых скоростей, то становится логичен вопрос: каким образом будет зависеть масса от скорости при переходе частицы в сверхсветовой диапазон?

В §10 и §21 говорилось про физический смысл формулы зависимости массы от скорости: он состоит в том, что коэффициент, связывающий между собой ускоряющую силу и вызванную этой силой ускорение (масса) зависит от того, насколько близко скорость тела приблизилась к скорости ускоряющей силы. В теории волн есть формула, как ведет себя тело, движущееся в волне с определенной скоростью, если волна оказывает взаимодействие на скорость. Эта формула выглядит так:

где F- сила, действующая на тело со стороны волны, а — вызываемое этой силой ускорение, m — масса тела, v — его скорость, vв — скорость волны. Теперь применим эту формулу к ускорению в электромагнитной волне. Скорость волны равна скорости света, массу заменим на массу покоя, а отношение силы к ускорению заменим на массу движущегося тела. Получим:

Единственным отличием этой формулы от классической формулы теории относительности является наличие знака модуля под корнем, что позволяет применять ее как для досветовых, так и для сверхсветовых скоростей. Для v

Проследим, как будет меняться масса при увеличении скорости. При скорости, равной скорости света, масса будет бесконечно велика, но в дальнейшем при увеличении скорости масса будет уменьшаться. При скорости, превышающей скорость света в √2 раз, масса тела станет равна массе покоя и в дальнейшем продолжит уменьшаться. Если скорость будет намного превышать скорость света, то формулу можно сократить:

Таким образом, при скоростях, во много раз превышающих скорость света, масса тела уменьшается прямо пропорционально скорости. Это хорошо укладывается в гипотезу, высказанную в предыдущем параграфе, что нейтрино есть сверхсветовые лептоны: масса электронного нейтрино значительно меньше, чем масса покоя электрона, как и предсказывает формула.

Ещё одним подтверждением стало бы обнаружение элементарной частицы, масса которой была бы меньше массы покоя электрона (причём речь идет именно о массе в движении — частицы с массой покоя, меньшей массы элекирона, быть не должно, поскольку в этом случае электрон был бы нестабильным). Пример такой частицы — это переносчик гипотетического «пятого взаимодействия», гипотеза о котором высказывалась в 1980-х годах (см. журнал «Наука и жизнь», №1 за 1988 год), которое проявляется в слабом антигравитационном эффекте с радиусом действия 200 метров, причем зависит от барионного заряда. Переносчиком такого взаимодействия должна быть частица с массой 10 -15 массы электрона. Можно предположить, что в данном случае речь идет о сверхсветовом аналоге сильного взаимодействия. Если взять элементарную частицу с массой покоя порядка массы пи-мезона (переносчика сильного взаимодействия), то эта частица приобретает такую массу при скорости порядка 10 25 м/с. Взаимодействие будет распространяться на 200 метров, если время жизни частицы будет составлять порядка 10 -23 секунды, что как раз соответствует времени жизни резонансных состояний частиц.

Интересно также посмотреть, как будет меняться импульс тел (произведение наблюдаемой массы на скорость). При скорости света импульс будет бесконечно большой, а по мере увеличения скорости начнет уменьшаться. Но импульс будет уменьшаться не бесконечно, как масса, а будет по мере роста скорости стремится к значению mc — произведению массы покоя на скорость света. Интересно, что импульс нейтрино, получающихся при бета-распаде, по порядку величины примерно равен произведению массы покоя электрона на скорость света, что дает очередное подтверждение того, что нейтрино, образуемое при бета-распаде — это сверхсветовой электрон или позитрон.

Читайте также:  Пежо 4007 лампа ближнего света ксенон

Источник

Как увеличивается масса при скорости

Содержание статьи

  • Как увеличивается масса при скорости
  • Как увеличить кинетическую энергию
  • Как находить изменение скорости

Критерий релятивизма

Вспомните из курса общей физики, что собой представляют преобразования Галилея. Данные преобразования являются некоторым способом для определения того, является ли данный случай релятивистским или нет. Релятивистский случай означает движение с достаточно большими скоростями. Величина таких скоростей приводит к тому, что преобразования Галилея становятся невыполнимы. Как известно, данные правила преобразования координат являются всего лишь переходом из одной системы координат, которая покоится, в другую (движущуюся).

Запомните, что скоростью, соответствующей случаю релятивистской механики, является скорость, близкая к скорости света. В этой ситуации вступают в силу преобразования координат Лоренца.

Релятивистский импульс

Выпишите из учебника по физике выражение для релятивистского импульса. Классическая формула импульса, как известно, представляет собой произведение массы тела на его скорость. В случае же больших скоростей к классическому выражению импульса добавляется типичная релятивистская добавка в виде корня квадратного из разницы единицы и квадрата отношения скорости тела и скорости света. Данный множитель должен стоять в знаменателе дроби, числителем которой является классическое представление импульса.

Обратите внимание на вид соотношения релятивистского импульса. Его можно разделить на две части: первая часть произведения – это отношение классической массы тела к релятивистской добавке, вторая часть – это скорость тела. Если провести аналогию с формулой для классического импульса, то первую часть релятивистского импульса можно принять за общую массу, свойственную случаю движения с большими скоростями.

Релятивистская масса

Заметьте, что масса тела становится зависимой от величины его скорости в случае принятия за общий вид массы релятивистского выражения. Классическую массу, стоящую в числителе дроби, принято называть массой покоя. Из ее названия становится понятно, что тело обладает ей, когда его скорость равна нулю.

Если же скорость тела становится близка к скорости света, то знаменатель дроби выражения для массы стремится к нулю, а сама она стремится к бесконечности. Таким образом, при увеличении скорости тела его масса также растет. Причем по виду выражения для массы тела становится понятно, что изменения становятся заметны только тогда, когда скорость тела достаточно велика и отношение скорости движения к скорости света сравнимо с единицей.

Источник

Почему с увеличением скорости, близкой к скорости света масса начинает увеличиваться?

Масса не растёт при росте скорости. Это впервые заметил (1989 г) Академик Лев Борисович Окунь − физик теоретик с мировой известностью. Он ввёл даже специальный термин − «педагогический вирус», кочующий из одного учебника в другой. Лично меня им заразили в свое время. Одну из последних публикаций по этому вопросу можете прочитать здесь. Крутым парням рекомендую ознакомиться по этому поводу с научной статьей в ArXiv.

Л. Окунь указывает, что из формулы Эйнштейна для энергии покоя, Е₀ = mc², и формулы полной энергии Е = γmc², не следует определение релятивистской массы m′= γm, а следует лишь формула роста полной энергии со скоростью по релятивистскому закону Е = γЕ₀. Математически, определение «релятивистской массы» безупречно, как безупречно устроены все вирусы в том числе и данный педагогический вирус. Релятивистской массы, как указывает Окунь, нет в природе и масса остаётся инвариантной и равной массе покоя всегда.

Возможно вещество имеет электромагнитную природу — состоит из клубочков в которых электромагнитная волна замкнута сама на себя. При больших скоростях из-за эффекта Доплера частота и энергия волн растёт, что приводит к увеличению массы.

если бы масса не была бы инвариантна относительно системы отсчёта,то характер движения космических объектов относительно друг друга зависел бы от выбранной системы отсчёта,что является нонсенсом и ,естественно,не наблюдается на практике.

Было бы меньше разночтений,если записать эти формулы так:Е₀ =m₀c²; E=γm₀c²

Источник

Тест по теме «Специальная теория относительности»
тест по физике (10 класс) на тему

Тест по теме «Специальная теория относительности»

Читайте также:  Сдвиг по фазе свет

Скачать:

Вложение Размер
test_po_teme_sto.docx 31.53 КБ

Предварительный просмотр:

Тест по теме «Специальная теория относительности» Вариант 1.

Внимание: V – cкорость тел (частиц)

1. Кто из ниже указанных ученых является создателем специальной теории относительности (СТО)?
а) Арно Пензиас б) Альберт Майкельсон
с) Альберт Эйнштейн д) Джеймс Максвелл

2. В каких единицах измеряется энергия покоя тела (частицы) в СИ?
а) Дж б) Дж/кг с) Дж/м 3 д) кг м /с

3. Укажите формулу Эйнштейна:
а) Е = m 0 v 2 б) Е = с m 2 с) Е = д) Е = mс 2

4. Какая из частиц не имеет массы покоя?
а) электрон б) фотон с) нейтрон д) протон

5. Тело (космический корабль) движется со скоростью 0,95 с. При этом его продольные размеры…
а) увеличиваются б) уменьшаются с) не изменяются

6. Космический корабль движется со скоростью 0,87 с. При этом его масса, масса космонавтов, масса продуктов питания увеличивается в 2 раза. Как изменится время использования запаса питания для космонавтов?
а) увеличится в 2 раза б) уменьшится в 2 раза
с) не изменится д) увеличится в раза

7. При нагревании тел их масса…
а) увеличивается б) уменьшается с) не изменяется

8. Частица, испущенная из космического корабля движется со скоростью v 1 . относительно корабля. Скорость космического корабля v. Чему равна скорость частицы v 2 относительно Земли? v и v 1 близки к скорости света.
а) v 2 = v 1 + v б) v 2 = с) v 2 = д) v 2 =

9. Сколько времени свет идет от Земли до Плутона? Расстояние от Земли до Плутона 5,9 млрд. км. Ответ округлите до целых
а) 20 с б) 2000 с с) 2*10 4 с д) 2*10 5 с

10. Чему равна масса тела, движущегося со скоростью 0,8 с. Масса покоящегося тела 6 кг.
а) 10 кг б) 6 кг с) 4,8 кг д) 3,6 кг

11. Телу какой массы соответствует энергия покоя 9*10 13 Дж?
а) 1 г б) 10 г с) 100 г д) 1 кг

12. * Во сколько раз увеличивается масса частицы при движении со скоростью 0,99 с? Подсказываю: 0,99 2 = 0,98, =0,14. Ответ округлите до десятых

а) 1,4 б) 1,7 с) 2,3 д) 7,1 е) 71

13* С какой скоростью должна лететь ракета, чтобы время в ней замедлялось в 3 раза?
а) 2,77*10 8 м/с б) 2,8*10 8 м/с с) 2,83*10 8 м/с
д) 2,89*10 8 м/с е) 2,96*10 8 м/с

Тест по теме «Специальная теория относительности» Вариант 2.

Внимание: V – cкорость тел (частиц)

1. В каком году была создана специальная теория относительности?
а) 1875 б) 1905 с) 1955 д) 1975

2. В каких единицах измеряется импульс тела (частицы)?
а) Дж/м б) Дж / кг с) кг м / с д) кг м / с 2

3. Укажите формулу релятивистской массы:
а) m = б) m = m 0 с) m = д) m = m 0

4. Чему равна скорость света в вакууме?
а) 300 000 м/с б) 300 000 км/ч с) 300 000 км/с д) 3*10 8 км/с

5. Тело или частица движется со скоростью, близкой к скорости света. При этом ее масса относительно неподвижного наблюдателя…
а) увеличивается б) уменьшается с) не изменяется

6. Космический корабль движется со скоростью 0,5 с относительно Земли. Из космического корабля испускается световой сигнал в направлении движения корабля. Чему равна скорость светового сигнала относительно Земли?
а) 0,5 с б) с с) 1,5 с д) с

7. В космическом корабле, движущемся со скоростью, близкой к скорости света время…
а) идет быстрее б) идет медленнее
с) на Земле и космическом корабле время идет одинаково.

8. Если элементарная частица движется со скоростью света, то …
а) масса покоя частицы равна нулю
б) частица обладает электрическим зарядом
с) на частицу действует гравитационное поле Земли
д) частица не может распадаться на составные части

9. Сколько времени свет идет от Земли до Меркурия? Расстояние от Земли до Меркурия 58 млн км.
а) 0,02 с б) 100 с с) 200 с д) 1000 с

10. Длина покоящегося стержня 10 м. Чему будет равна его длина при движении со скоростью 0,6 с?
а) 6 м б) 8 м с) 10 м д) 16 м

11. Найдите энергию покоя электрона.
а) 8,1*10 -14 Дж б) 8,1*10 -16 Дж с) 2,7*10 -15 Дж д) 2,7*10 -22 Дж

12* С космического корабля, удаляющегося от Земли со скоростью 0,75 с, стартует ракета в направлении движения корабля. Скорость ракеты относительно Земли 0,96 с. Какова скорость ракеты относительно корабля?

а) 0,75 с б) с с) 0,8 с д) 0,85 с е) 0,96 с

13* Ракета движется со скоростью 0,968 с. Во сколько раз отличается время, измеренное в ракете, от времени, измеренного по неподвижным часам?
а) 5 раз б) 4 раза с) 3 раза д) 2 раза е) 1,5 раза

Источник

При скоростях близких к скорости света масса тела не остаётся постоянной, а начинает расти.

Конспекты записать в тетрадь

Тема: Специальная теория относительности

В 1905 г. Эйнштейн разработал новую физическую теорию – специальную теорию относительности (СТО).

n Эта теория описывает движение тел и элементарных частиц со скоростями близких к скорости света.

В основе СТО лежат два постулата:

n 1.Принцип относительности Эйнштейна: все процессы природы протекают одинаково во всех ИСО.

n 2.Принцип постоянства скорости света: скорость света в вакууме одинакова для всех ИСО. Она не зависит ни от скорости источника, ни от скорости приёмника светового сигнала.

Следствия, вытекающие из постулатов СТО:
1.Релятивистский закон сложения скоростей.

Релятивистскими называются эффекты, наблюдаемые при скоростях движения близких к скорости света.

В классической механике модуль результирующей скорости тела относительно неподвижной системы отсчёта ХОY определяется формулой:

V1 – скорость тела относительно подвижной системы отсчёта

V2 – скорость подвижной системы отсчёта относительно неподвижной

В СТО закон сложения скоростей выражается формулой:

При скоростях движения значительно меньших скорости света, релятивистский закон сложения скоростей переходит в классический закон сложения скоростей.

Относительность расстояний.

Эффект сокращения линейных размеров тел наблюдается только в тех СО, которые движутся относительно друг друга со скоростями близкими к скорости света в вакууме.

Сокращение размеров тел наблюдается по направлению их движения.

Линейные размеры тел определяются по формуле:

– собственная длина тела (длина тела, неподвижного в данной системе отсчёта)

Относительность промежутков времени.

Эффект замедления времени наблюдается только в тех СО, которые движутся относительно друг друга со скоростями близкими к скорости света в вакууме.

t – собственное время (время, измеряемое по часам, которые неподвижны в данной системе отсчёта)

Длительность явления, происходящего в некоторой точке пространства, будет наименьшей в той ИСО, относительно которой эта точка неподвижна.

Тема: Закон взаимосвязи массы и энергии

Релятивистская динамика– это динамика, основанная на постулатах СТО.

При скоростях близких к скорости света масса тела не остаётся постоянной, а начинает расти.

Масса тела, неподвижного в данной системе отсчёта, называется массой покоя или собственной массой тела (m).

Из графика видно, что возрастание массы тем больше, чем ближе скорость движения тела к скорости света.

При u ® с масса тела начинает резко возрастать, поэтому ускорение стремится к нулю и скорость практически перестает возрастать, как бы долго ни действовала сила.

Релятивистский импульс тела будет равен:

Уравнения релятивистской динамики используются для конструирования ускорителей элементарных частиц и для расчёта траекторий быстродвижущихся заряженных частиц.

Мощные ускорители для электронов способны разгонять эти частицы до скоростей, которые меньше скорости света на 35 – 50 м/с. При этом масса электрона возрастает примерно в 2000 раз.

Закон взаимосвязи массы и энергии: энергия тела или системы тел равна массе, умноженной на квадрат скорости света.

1 эВ = 1,6 • 10 -19 Дж

Если изменяется энергия системы, то изменяется и её масса. Заметные изменения массы возможны только при очень больших изменениях энергии.

Тело обладает энергией и при скорости, равной нулю. Эту энергию называют энергией покоя(Е).

Теория относительности Эйнштейна является завершением классической физики.

Истинность СТО подтверждается многочисленными экспериментами, а также тем, что при малых скоростях движения её законы автоматически переходят в законы классической механики.

Источник

Adblock
detector