Bài 50. Thuyết tương đối hẹp

CHƯƠNG VIII SƠ LƯỢC VỀ THUYẾT TƯƠNG ĐỐI HẸP 50 THUYẾT TƯƠNG ĐỐI HẸP 51 HỆ THỨC ANH XTANH GIỮA KHỐI LƯỢNG VÀ NĂNG LƯỢNG TÓM TẮT CHƯƠNG VIII PHT Tiết 83 HẠN CHẾ CỦA CƠ HỌC CỔ ĐIỂN CÁC TIÊN ĐỀ ANH-XTANH Tiên đề I Tiên đề II HAI HỆ QUẢ CỦA THUYẾT TƯƠNG ĐỐI HẸP a) Sự co độ dài b) Sự chậm lại đồng hồ chuyển động HẠN CHẾ CỦA CƠ HỌC CỔ ĐIỂN • Cuối kỷ XIX , đầu kỷ XX người ta phát trường hợp vật chuyển động với tốc độ xấp xỉ tốc độ ánh sáng học Niu-tơn không nữa! • Năm 1905 Anh xtanh xây dựng lý thuyết tổng quát học Niu-tơn gọi thuyết tương đối hẹp Mô tả không gian thời gian theo hai lý thuyết Gọi lo chiều dài tự nhiên vật ( vật đứng yên ) Gọi l chiều dài vật chuyển động ( có tốc độ v ) Gọi Δto thời gian gắn với vật chuyển động Gọi Δt thời gian gắn với quan sát viên đứng yên Cơ học cổ điển Thuyết tương đối hẹp Anh xtanh Chuyển động v nhỏ Δto l = lo l ? lo l Δt = Δto Đứng yên Δt ? Δto Δt lo Không gian , thời gian tuyệt đối ! Không gian , thời gian .! CÁC TIÊN ĐỀ ANH-XTANH Tiên đề I (nguyên lí tương đối): Các định luật vật lí (cơ học, điện từ học,…) có dạng hệ quy chiếu quán tính Tiên đề II (nguyên lí bất biến tốc độ ánh sáng): Tốc độ ánh sáng chân độ lớn c hệ quy chiếu quán tính, không phụ thuộc vào phương truyền vào tốc độ nguồn sáng hay máy thu: c = 299792458 m/s ≈ 300000km/s HAI HỆ QUẢ CỦA THUYẾT TƯƠNG ĐỐI HẸP a) Sự co độ dài Xét nằm yên dọc theo trục tọa độ hệ quy chiếu quán tính K, có độ dài riêng l0 Khi chuyển động với tốc độ v dọc theo trục tọa độ hệ K, độ dài l có giá trị bằng: v2 l = l0 1− < l0 c Vậy độ dài bị co lại theo phương chuyển động → khái niệm không gian tương đối, phụ thuộc vào hệ quy chiếu quán tính 3 HAI HỆ QUẢ CỦA THUYẾT TƯƠNG ĐỐI HẸP a) Sự co độ dài C1 Hãy tính độ co chiều dài thước có chiều dài riêng m chuyển động với tốc độ v = 0,6c Học sinh giải v2 0,62 c2 l = l0 1− = 1− = 0,8m c c → Độ co chiều dài: l0 – l = – 0,8 = 0,2 m HAI HỆ QUẢ CỦA THUYẾT TƯƠNG ĐỐI HẸP b) Sự chậm lại đồng hồ chuyển động Tại điểm cố định M’ hệ quán tính K’, chuyển động với tốc độ v hệ quán tính K có tượng diễn khoảng thời gian Δt0 đo theo đồng hồ gắn với K’ Khoảng thời gian xảy tượng đo theo đồng hồ gắn với hệ K Δt, tính theo công thức: ∆t = ∆t0 v2 1− c > ∆t0 HAI HỆ QUẢ CỦA THUYẾT TƯƠNG ĐỐI HẸP b) Sự chậm lại đồng hồ chuyển động Vậy đồng hồ gắn với vật chuyển động chạy chậm đồng hồ gắn với quan sát viên đứng yên (hệ K) → khái niệm thời gian tương đối, phụ thuộc vào lựa chọn hệ quy chiếu quán tính 3 HAI HỆ QUẢ CỦA THUYẾT TƯƠNG ĐỐI HẸP b) Sự chậm lại đồng hồ chuyển động C2 Sau tính theo đồng hồ chuyển động với tốc độ v = 0,6c đồng hồ chạy chậm đồng hồ gắn với quan sát viên đứng yên giây ? HỌC SINH GIẢI ∆t0 ∆t = = = 1,25 h v2 0,62 c2 1− 1− c c2 → ∆t − ∆t0 = 1,25− 1= 0,25h = 900s Mô tả không gian thời gian theo hai lý thuyết Gọi lo chiều dài tự nhiên vật ( vật đứng yên ) Gọi l chiều dài vật chuyển động ( có tốc độ v ) Gọi Δto thời gian gắn với vật chuyển động Gọi Δt thời gian gắn với quan sát viên đứng yên Cơ học cổ điển Thuyết tương đối hẹp Anh xtanh Chuyển động có v Chuyển động v nhỏ Δto Δto l = lo l l Đứng yên Δt = Δto Đứng yên l < lo Δt lo Không gian , thời gian tuyệt đối ! Δt > Δto Δt lo Không gian , thời gian tương đối ! ( Phù hợp với triết học vật biện chứng ) CỦNG CỐ Câu 1: Khi nguồn sáng chuyển động, tốc độ truyền ánh sáng chân giá trị A nhỏ c B lớn c C lớn nhỏ c, phụ thuộc vào phương truyền tốc độ nguồn D c, không phụ thuộc vào phương truyền tốc độ nguồn CỦNG CỐ Câu 2: Một thước chuyển động dọc theo chiều dài nó, độ dài thước đo hệ quán tính K A không thay đổi B co lại, tỉ lệ nghịch với tốc độ thước C dãn ra, phụ thuộc vào tốc độ chuyển động thước D co lại theo tỉ lệ v2 1− c Bằng chứng thực nghiệm chứng tỏ thuyết tương đối hẹp ? Hạt mêzôn π+ sinh thượng tầng khí có thời gian sống Δto =2,2.10-8 s , tốc độ v= 0,99999999c , theo học cổ điển hạt v Δto = 6,5 m Theo thuyết tương đối thời gian sống hạt mặt đất ∆t = ∆t0 1− v c2 = 7000.∆t0 Hạt quãng đường v.Δt = 46 km Vì người ta tìm thấy hạt mêzôn π+ mặt đất Phù hợp thực tế ! HẠN CHẾ CỦA CƠ HỌC CỔ ĐIỂN CÁC TIÊN ĐỀ ANH-XTANH Tiên đề I Tiên đề II HAI HỆ QUẢ CỦA THUYẾT TƯƠNG ĐỐI HẸP a) Sự co độ dài b) Sự chậm lại đồng hồ chuyển động Thuyết tương đối hẹp có mâu thuẩn với học Không mâu thuẩn Niu-tơn không ? , học cổ điển trường hợp riêng thuyết tương đối hẹp v