Закон сохранения момента импульса

,

если момент силы = 0, то:

.

Т.к. , то величина будет иметь одинаковые значения для любых интересующих нас моментов времени, т. е.:

;

или

.

Вращающееся тело может изменить свой момент инерции, изменится и его угловая скорость, но при равенстве нулю суммарного момента внешних сил величина I_zω останется постоянной.
Пример - фигурист в "волчке".

 

СТО

Преобразования Галилея - это уравнения, связывающие координаты и время некоторого СОБЫТИЯ в двух инерциальных системах отсчета. СОБЫТИЕ определяется местом, где оно произошло (координаты x, y, z), и моментом времени t, когда произошло событие. Событие полностью определено, если заданы четыре числа: x,y,z,t - координаты события.

Пусть материальная точка m в системе отсчета К в момент времени t имела координаты x, y, z, т.е. в системе К заданы координаты события - t, х, y, z.

Найдем координаты t', x', y', z' этого события в системе отсчета К', которая движется относительно системы К равномерно и прямолинейно вдоль оси х со скоростью .

Выберем начало отсчета времени так, чтобы в момент времени t = 0 начала координат совпадали. Оси х и х' направлены вдоль одной прямой, а оси у и у', z и z' - параллельны.

Тогда из рисунка ОЧЕВИДНО: x = x'+Vt.

Кроме того, ясно, что для наших систем координат y = y', z = z'.

В механике Ньютона предполагается, что t = t',

т.е. время течет одинаково во всех системах отсчета.
Полученные четыре формулы и есть преобразования Галилея:

x = x' + Vt,
y = y', z = z', t = t'.

Принцип относительности Галилея:

Никакими механическими опытами нельзя установить, покоится ли данная система отсчета или движется равномерно и прямолинейно.

Это утверждение согласуется с преобразованиями Галилея. Продифференцируем их 2 раза по времени. После первого дифференцирования получим закон сложения скоростей:

,		,
,	т.е.:	,
,		,

Второе дифференцирование дает

,		,
,	т.е.:	,
,		.

Ускорение материальной точки одинаково в обеих системах отсчета. Кроме того, силы, действующие на частицу, одинаковы, не изменяется и величина m (по определению, это масса покоя).

Значит, в системе К второй закон Ньютона ,

такой же, как и в системе К' ,

т.к. a = a' - следствие преобразований Галилея.

Иными словами:

Законы механики одинаково выглядят во всех инерциальных системах отсчета.

Неудовлетворительность механики Ньютона при больших скоростях

Рассмотрим с точки зрения преобразований Галилея движение света.

В системе К' его скорость v'_x= c. Тогда, используя полученный закон сложения скоростей из для скорости света в системе К мы найдем:

Опубликованные в 1881 г. результаты опытов, выполненных американским физиком А. Майкельсоном, находятся в противоречии с только что полученной нами формулой: галилеевский закон сложения скоростей не годится для света. Скорость света оказалась одинаковой в разных системах отсчета!

В 1895 г. французский математик, физик и философ А. Пуанкаре впервые выступил с новаторским предложением о невозможности никакими физическими опытами (не только механическими, как в принципе относительности Галилея) зарегистрировать абсолютное движение. В 1902 г. он же публикует в книге "Наука и гипотеза" утверждение об отсутствии абсолютного времени, т.е. t ≠ t'.

Законченная теория, позволяющая описывать движение частиц со скоростями v→ с, была опубликована в 1905 г. в работах А. Пуанкаре и А. Эйнштейна.

Постулаты С.Т.О.

Механика больших скоростей, специальная теория относительности (С.Т.О.),
базируется на двух исходных утверждениях, постулатах:

I. Принцип относительности (Эйнштейна), согласно которому

никакими физическими опытами нельзя установить, покоится ли данная система отсчета, либо движется равномерно и прямолинейно.

Другая формулировка:

Все законы природы одинаково формулируются для всех инерциальных систем отсчета.

II. Принцип постоянства скорости света:

cкорость света в вакууме во всех инерциальных системах отсчета одинакова и не зависит ни от движения источника, ни от движения приемника света.

Преобразования Лоренца - это уравнения, связывающие координаты и время некоторого события в двух инерциальных системах отсчета. В отличие от преобразований Галилея преобразования Лоренца не должны противоречить постулатам С.Т.О.: необнаружимости абсолютного движения и постоянству скорости света. При скорости движения системы отсчета V<< c преобразования Лоренца должны переходить в преобразования Галилея.

Вывод преобразований Лоренца (не обязательно)

Рассмотрим две системы отсчета. Одна система К - неподвижна, другая К' движется вдоль оси х со скоростью V. При t =0 начала координат совпадали. Пусть наблюдатель в К системе проделал опыты по изучению движения тела и получил законы движения по каждой координате: x = x (t); y = y (t); z = z (t). Тогда наблюдателю в К' системе не надо проводить опыты, законы движения в своей системе координат он может получить по формулам преобразования Лоренца.

 

Такие преобразования сохраняют вид уравнения фронта световой волны, сфера преобразуется в сферу, в соответствии с постулатами С.Т.О.
Обозначим, для удобства записи,

тогда преобразования Лоренца запишутся так:

а) прямые		б) обратные
;		;
;		;
;		;
		.

 

Релятивистская механика должна быть построена таким образом, чтобы уравнения движения не менялись при переходе из одной инерциальной системы отсчета в другую, т.е. были инвариантны относительно преобразований Лоренца.

Следствия из преобразований Лоренца