Специальная теория относительности

Все эксперименты в механике показали, что при одинаковых условиях в любых инерциальных системах отсчета все механические явления протекают одинаково. Это утверждение называется принципом относительности Галилея.

Альберт Эйнштейн в 1905 г. создал теорию, которую назвали специальной (частной) теорией относительности. В основу этой теории Эйнштейн положил два постулата, являющиеся обобщением опытных фактов.

1. Принцип относительности Эйнштейна: любые физические явления при одинаковых условиях протекают одинаково в различных инерциальных системах отсчета.

2. Принцип постоянства скорости света: величина скорости света в вакууме не зависит от скорости движения источника и наблюдателя.

Явления, описываемые теорией относительности, но противоречащие классической физике, называются релятивистскими явлениями или релятивистскими эффектами.

Следствиями СТО являются выводы о зависимости расстояния l между двумя точками и длительности интервала времени t между двумя событиями от выбора системы отсчета.

Движущиеся тела неподвижному наблюдателю кажутся сокращающимися в размере вдоль прямой, совпадающей с вектором скорости.

В движущейся системе отсчета с точки зрения неподвижного наблюдателя течение времени замедляется. Промежуток времени t между двумя событиями, измеренный в неподвижной системе отсчета, в системе отсчета, движущейся со скоростью , равен:

В теории относительности показано, что в случае движения тела и подвижной системы отсчета вдоль одной прямой скорость тела в неподвижной системе отсчета связана со скоростью ₂ тела в движущейся системе отсчета и скоростью ₁ движущейся системы отсчета релятивистским законом сложения скоростей:

Релятивистским импульсом тела, движующего со скоростью , называется физическая величина, которая определяется равенством:

где Е – релятивистская энергия тела.

Для тела, обладающего массой m, из общего выражения для релятивистского импульса можно получить частное выражение:

где m – масса тела, – скорость движения тела, c – скорость света в вакууме.

Одним из важнейших следствий теории относительности был вывод о существовании собственной энергии тел. Согласно этому выводу всякое тело массой m в состоянии покоя обладает собственной энергией Е ₀, равной произведению массы тела на квадрат скорости света в вакууме: Е ₀ = mc ².

Квантовая физика

Фотоэффект – это явление вырывания электронов с поверхности тела под действием падающего на него электромагнитного излучения.

Законы фотоэффекта:

1. Энергия, передаваемая электронам при фотоэффекте, не зависит от интенсивности излучения, а зависит от частоты этого излучения.
2. Число электронов, вырываемых в единицу времени, зависит от интенсивности излучения и не зависит от его частоты (N ~ W).
3. Фотоэффект наблюдается в том случае, если частота падающего излучения превышает значение красной границы для соответствующего материала (v>v _кр).

Энергия кванта. Фотон.

Энергия поглощается и излучается не непрерывно, а порциями — квантами. Эти порции энергии пропорциональны частоте испускаемого или поглощаемого излучения: Е = hv,

где коэффициент h = 6,63·10^–34 Дж·с – постоянная Планка.

Порция электромагнитного излучения получила название частицы – фотон.

Квантовая теория приписывает новой частице – фотону – следующие характеристики:

а) масса покоя фотона равна нулю;

б) энергия фотона Е _ф = hv, где v – частота излучения:

в) импульс фотона совпадает с направлением распространения излучения и равен:

Уравнение (закон) Эйнштейна для фотоэффекта: энергия кванта, поглощенная электроном при фотоэффекте, расходуется на совершение работы выхода и на сообщение кинетической энергии электрону после его вылета из вещества.