background image

Szczególna teoria względności

Postulaty Einsteina:

I.

Prawa fizyki są takie same we wszystkich inercjalnych 
układach odniesienia.

II.

Prędkość światła w próżni jest taka sama we wszystkich 
inercjalnych układach odniesienia.

Transformacje Lorentza

y

y

=

'

z

z

=

'

t

t

=

'

'

x

x

ut

= −

y

y

=

z

z

=

t

t

=

x

x

ut

=

+

Transformacje   Galileusza:

y

y

=

'

z

z

=

'

2

'

xu

t

t

c

γ

=

(

)

'

x

x

ut

γ

=

y

y

=

z

z

=

2

'

x u

t

t

c

γ

=

+

(

)

'

x

x

ut

γ

=

+

Transformacje  Lorentza:

2

2

1

1

u

c

γ

=

„Skrócenie długości”

0

2

1

l

x

x

=

2

2

1

1

u

c

γ

=

0

2

1

(

)

(

)

l

x

ut

x

ut

γ

γ

=

0

2

1

(

)

l

x

x

γ

=

2

1

0

2

(

)

1

x

x

l

u

c

=

 

−  

 

0

2

1

l

l

u

c

=

 

−  

 

(

)

2

0

1

/

l

u c

l

=

(

)

'

x

x

ut

γ

=

Przykład 

Załoga statku kosmicznego mierzy jego długość i otrzymuje 
wynik 400m. Jaką długość statku zmierzy obserwator na Ziemi, 
jeśli wiadomo, że prędkość statku u = 0.8c

2

2

2

0

1

/

400 1 (0.8 / )

400 1 0.64

240

l

l

u

c

c c

m

=

=

=

=

background image

Długość w kier. prostopadłym do kier. ruchu układu

'

=

l

l

Czas pomiędzy dwoma zdarzeniami

2

1

2

1

2

1

2

2

x u

x u

t

t

t

t

c

c

γ

γ

=

+

+

a) Zdarzenia zachodzą w tym samym punkcie x’ = a i w
chwilach                        względem układu S’

1

2

t

oraz t

2

1

2

1

2

1

2

2

(

)

au

au

t

t

t

t

t

t

c

c

γ

γ

=

+

− −

=

Zdarzenia jednoczesne, zachodzące w tym samym punkcie w jednym 
inercjalnym u.w. są równoczesnymi w każdym innym układzie 
inercjalnym.

(

)

0

2

1

/

t

t

u c

∆ =

czas własny

Czas pomiędzy dwoma zdarzeniami

Przykład

Statek kosmiczny wysyła impulsy świetlne trwające wg 
astronautów na statku 2x10

-6

s. Jak długo trwają te impulsy wg 

obserwatora na Ziemi, jeśli statek porusza się względem Ziemi z 
prędkością v=0.6c?

s

x

s

x

c

c

s

x

c

u

t

t

6

6

2

2

6

2

2

0

10

5

.

2

8

.

0

10

2

6

.

0

1

10

2

1

=

=

=

=

Czas życia mionów

• Miony powstają w górnych 

warstwach atmosfery w 
wyniku rozpadu pionów

Poruszają się z 

prędkościami bliskimi 
prędkości światła

• Ich czas życia w 

„spoczynku” 
τ = 2.2x10

-6

s

• W takim czasie powinny 

przebyć odległość nie 
większą niż 

600m

zanim nie 

ulegną rozpadowi

Tymczasem przebywają one odległość 
rzędu

4.8km

µ

π

µ

ν

+

+

+

e

e

v

v

µ

µ

+

+

+

+

%

background image

S im u lta n e ity

2

'

xu

t

t

c

γ

=

)

(

'

)

(

'

2

c

dx

u

dt

dt

udt

dx

dx

=

=

γ

γ

x

2

x

2

2

x'

v

1

v

1

)

(

)

(

'

'

v

c

u

u

dt

dx

c

u

u

dt

dx

c

dx

u

dt

udt

dx

dt

dx

=

=

=

=

γ

γ

x

2

x

x'

v

1

v

v

c

u

u

=

x'

2

x'

x

v

1

v

v

c

u

u

+

+

=

Transformacja prędkości

Załóżmy, że pewna cząstka porusza 
się z prędkością wzdłuż osi Ox
Powiążmy z tą cząstką nowy u.w.

(

)

x

x

ut

γ

′ =

Teraz ta cząstka porusza się w
kierunku osi Oy, a ruch jej jest
obserwowany

przez

obserwatora w układzie O’x’

dt

c

dx

u

dt

dt

dy

dy

γ

γ

=

=

=

)

(

'

'

2

2

2

y

y'

1

v

'

'

v

c

u

dt

dy

dt

dy

=

=

=

γ

Transformacja prędkości

background image

2

2

1

o

m

p

u

u

c

=

r

r

Relatywistyczny  

pędu

Druga zasady dynamiki

dt

p

d

F

r

r

=

Równoważność masy i energii

2

E

mc

=

2

2

2

0

E

c m c

p

=

+

Pęd cząstki o zerowej masie spoczynkowej, m

0

=0

2

0

E

E

c

p

p

c

=

+

=

Pęd fotonu: 

hv

p

c

=

background image

2

2

0

K

mc

m c

=

Skorzystajmy z rozwinięcia :

(

)

(

)

+

+

+

=

+

  

!

2

1

1

1

2

x

n

n

nx

x

n



+





+





+

=

  

8

3

2

1

1

2

2

2

2

2

0

c

v

c

v

m

(

)

2

1

2

2

0

1

=

c

v

m

m

2

0

2

2

0

0

2

1

c

m

c

v

m

m

K





+

2

0

2

1

v

m

=





+

2

2

0

2

1

1

c

v

m

Przypadek małych prędkości:

2

0

v

c

 

<<

 

 

Energia kinetyczna

Przykład 1. 

Elektron porusza się z prędkością v=0.9c.

Masa spoczynkowa elektronu m

0

=0.511 eV

2

2

0

0.661

T

mc

m c

eV

=

=

(

)

2

1

2.2942

1

0.9

γ

=

=

Przykład 2. Synteza trytu

2

2

3

1

1

1

1

1

H

H

H

H

energia

+

+

+

13

4.03

6.45 10

energia

eV

J

=

=

×

Przykład 3. 

Spoczywające ciało o masie M rozpada się na dwa o masach 
spoczynkowych 

m

1

i

m

2

Wyznaczyć energie kinetyczne powstałych fragmentów.

Energia całkowita układu

2

1

2

Mc

E

E

=

+

pęd: 

2

2

1

2

1

2

0

p

p

p

p

+

=

=

(

)(

)

2

2

2

2

2

2

4

1

1

1

1

2

2

4

2

2

4

2

2

4

2

2

1

1

2

2

1

2

1

2

4

2

2

1

2

1

2

1

2

(

)

(

)

E

c m c

p

p

E

m c

E

m c

E

m c

E

E

c m

m

E

E

E

E

c m

m

=

+

=

=

=

+

=

4

2

2

1

2

1

2

2

2

1

2

1

(

)

E

E

c m

m

Mc

E

E

Mc

=

+

=