5-1伽利略相对性原理--经典力学的时空观.pptVIP

§5-1 伽利略相对性原理 经典力学的时空观 爱因斯坦简介 发展了量子理论 创立了狭义相对论 建立了广义相对论 明确研究的问题: 事件：某一时刻发生在某一空间位置的事例。 例如：车的出站、进站，火箭的发射，导弹的 爆炸，部队的出发，总攻的发起，城市的攻占 在坐标系中，一个事件对应于一组时空坐标. 两组时空坐标之间的关系称为坐标变换 在两个惯性系（实验室参考系S与运动参考系S）中考察同一物理事件 1. 伽利略相对性原理 两个参考系（约定系统） 重合时， 计时开始。 如图，S，S相应坐标轴保持平行，X，X 轴重合， S 相对 S 以速度 u 沿轴作匀速直线运动。 伽利略相对性原理 事件： t 时刻，物体到达 P 点 伽利略变换 伽利略相对性原理 变换分量式 速度变换 正变换 逆变换 伽利略相对性原理 加速度变换 正 逆 惯性系 在两个惯性系中 同一质点在两个不同惯性系中的加速度总是相同的。 伽利略相对性原理 牛顿力学中： 相互作用是客观的，力与参考系无关。 质量的测量与运动无关。 据伽利略变换 伽利略相对性原理 伽利略相对性原理 宏观低速物体的力学规律在任何惯性系中形式相同 或 牛顿力学规律在伽利略变换下形式不变 或 牛顿力学规律是伽利略不变式 如：动量守恒定律 伽利略相对性原理 据伽利略变换，可得到经典时空观 （1）同时的绝对性 在同一参照系中，两个事件同时发生 据伽利略变换，在另一参照系中， 在其他惯性系中，两个事件也一定同时发生。 同时的绝对性。 2.经典力学时空观 （2）时间间隔的测量是绝对的 在同一参照系中，两个事件先后发生，其间隔为 在其他惯性系中，两个事件的时间间隔不变。 时间间隔的绝对性。 据伽利略变换， 在另一参照系中， （3）长度测量的绝对性 当杆的方向沿轴方向时，长度是杆的两端的坐标差，但必须同时测量。 静止系中可不同时测 经典力学时空观 运动系中同时测 运动系中不同时测 静止系中，杆的长度为 运动系中，杆的长度为 据伽利略变换 长度测量是绝对的。 经典力学时空观 运动系中同时测 运动系中不同时测 静止系中，杆的长度为 运动系中，杆的长度为 据伽利略变换 长度测量是绝对的。 经典力学时空观 在牛顿力学中，质点的质量和运动速度无关，，因而不受参照系的影响，又力也和参照系无关。因此，在所有惯性系中牛顿定律的形式都一样。 一个事件是用它发生的地点和时间来描述的。在某参照系中，一个事件用一组空时坐标来表示。运动的描述与参照系有关，这是运动描述的相对性。运动规律是否随参照系的选择不同而不同呢？力学相对性原理指出：力学现象的描述各个惯性系都是等价的。伽利略变换来自经典时空观，与力学相对性原理是等价的 以后研究两个参照系之间的坐标变换都是针对上述约定系统的 凡是牛顿定律适用的参照系称为惯性系。对于第5页的问题，牛顿力学的回答是：对于任何惯性参照系，牛顿定律都成立。这个结论叫力学相对性原理，也叫伽里略不变性。这个思想首先是伽里略表述的。在做匀速直线运动的大船内观察任何力学现象，都不能据此判断船本身的运动。只有打开船窗，看到岸上物体的位置相对船在变化时，才能判定船相对地面在运动，即使这样，也只能作出相对运动的结论，并不能肯定是地面在运动还是船在运动，谈论某一惯性系的绝对运动是没有意义的，只能确定两个惯性系的相对速度。 关于空间和时间，牛顿有绝对空间和绝对时间的概念，即长度的量度与参照系无关，时间的量度和参照系无关。 力学相对性原利和绝对时空概念有直接联系，伽里略坐标变换是绝对时空概念的直接反映。 此变换式直接利用了绝对时空观，认为质点到达P时，两个参照系中P点附近的种给出的时刻数值一定相等。至于x和x’的值，在S系中， x的值等于ut加上P点到达y’z’平面的距离，这后一距离由S’系量得为x’ ，由S系测量，根据绝对时空观，这后一距离应该一样，即也等于x’。 由速度变换式对时间求导数可以得出加速度变换。