Релятивистская энергия и релятивистская масса

Физика > Релятивистские энергия и масса

 

Изучите массу и энергию релятивистской частицы в специальной теории относительности. Рассмотрите роль скорости света, формулы релятивистской массы и энергии.

В специальной теории относительности, если движение объекта приближается к скорости света, то энергия и импульс возрастают без ограничений.

Задача обучения

• Охарактеризовать возможность движения объекта со световой скоростью.

Основные пункты

• Объект с массой не способен достигнуть скорости света.
• Формула для релятивистской массы: . Ее можно воспринимать как постоянную между скоростью и импульсом.
• Релятивистская энергия: 

Термины

• Специальная теория относительности: световая скорость остается неизменной во всех системах отсчета.
• Масса покоя – масса тела, когда оно не перемещается по отношению к наблюдателю.
• Коэффициент Лоренца – используется для определения степени временного замедления, сокращения длины и релятивистской массы.

Релятивистские энергия и масса

В специальной теории относительности Эйнштейна, если объект наделен массой, то не способен достигать световой скорости. По мере приближения к отметке, его энергия и импульс будут возрастать без ограничений. Релятивистские поправки для энергии и массы нужны, потому что световая скорость в вакууме остается стабильной во всех системах отсчета.

Сохранение массы и энергии – общепринятые физические законы. Чтобы они действовали, должна функционировать специальная теория относительности. Если скорость объекта ниже световой, то выражения для значений релятивистских энергии и массы будут примерно сходиться с ньютоновскими вариантами.

Здесь показана связь между релятивистской и ньютоновской кинетической энергией и скоростью объекта. Релятивистская будет возрастать до бесконечности, если объект приближается к световой скорости. А вот показатель Ньютона продолжит расти по мере увеличения скорости объекта

Релятивистская масса

В 1934 году массу релятивистской частицы определил Ричард К. Толман. Для частички с нулевой массой покоя выступает коэффициент Лоренца  (v – относительная скорость между инерциальными системами отсчета, c – световая скорость).

Ричард К. Толман и Альберт Эйнштейн (1932 год)

Если относительная скорость приравнивается к нулю, то достигает 1, а релятивистская масса сводится к массе покоя. По мере возрастания скорости к световой, знаменатель правой стороны стремится к нулю, то есть, к бесконечности.

В уравнении для импульса масса будет релятивистской. То есть, это постоянная пропорциональности между скоростью и импульсом.

Стоит отметить, что несмотря на действенность второго закона Ньютона, производная форма будет недействительной, потому что не выступает постоянной.

Релятивистская энергия

Релятивистская энергия связана с массой покоя через формулу:

Это квадрат эвклидовой формы для различных векторов импульса в системе.

В современном мире предсказания релятивистской энергии и массы регулярно подтверждаются в экспериментах с ускорителями частиц. Можно не только точно определить рост релятивистских импульса и энергии, но их также используют для понимания поведения циклотронов и синхротрона.

---