WYKŁAD 3 TRANSFORMACJE


Wydział EAIiE
Przedmiot: Fizyka
Kierunek: Elektrotechnika
TRANFORMACJA
GALILEUSZA I LORENTZA
Wykład 4 2012/2013, zima 1
Wydział EAIiE
Przedmiot: Fizyka
Kierunek: Elektrotechnika
Założenia mechaniki klasycznej
1. Przestrzeń jest euklidesowa
2. Przestrzeń jest izotropowa
3. Prawa ruchu Newtona są słuszne
w układzie inercjalnym na Ziemi
4. Obowiązuje prawo powszechnego ciążenia
Wykład 4 2012/2013, zima 2
1
Wydział EAIiE
Przedmiot: Fizyka
Kierunek: Elektrotechnika
TRANSFORMACJA GALILEUSZA
Założenia:
" Dwa układy inercjalne
" Czas płynie jednakowo w obu układach
" Osie i początki układów pokrywały się w
chwili t=0
" Układ S porusza się względem S ze stałą
prędkością v wzdłuż osi OX
Wykład 4 2012/2013, zima 3
Wydział EAIiE
Przedmiot: Fizyka
Kierunek: Elektrotechnika
TRANSFORMACJA GALILEUSZA
r + R = r
x = x  v t
y =y
Y Y
v
P
z =z
r
t =t
r
X X
R
Wykład 4 2012/2013, zima 4
2
Wydział EAIiE
Przedmiot: Fizyka
Kierunek: Elektrotechnika
SKAADANIE PRDKOŚCI
prędkość cząstki w
prędkość cząstki w
u + v = u
układzie S
układzie S
N
Przykład:
Pilot chcąc lecieć dokładnie
u
na wschód kieruje samolot
nieco na południowy
v
wschód, gdyż samolot jest
u
znoszony przez wiatr
prędkość
wiejący w kierunku
wiatru
E
północno-wschodnim
Wykład 4 2012/2013, zima 5
Wydział EAIiE
Przedmiot: Fizyka
Kierunek: Elektrotechnika
ZADANIE DOMOWE 4.1
Prędkość samolotu ( z poprzedniego przykładu)
względem powietrza unoszonego przez wiatr ma
wartość 215 km/h i jest skierowana pod kątem 
na południe od kierunku wschodniego. Prędkość
wiatru względem ziemi ma wartość 65 km/h i jest
skierowana pod kątem 20o na wschód od kierunku
północnego. Jaka jest wartość prędkości samolotu
względem ziemi i ile wynosi kąt ?
Wykład 4 2012/2013, zima 6
3
Wydział EAIiE
Przedmiot: Fizyka
Kierunek: Elektrotechnika
Na podstawie transformacji prędkości:
u + v = u
otrzymujemy:
a = a
Obserwatorzy w różnych układach odniesienia,
poruszających się względem siebie ze stałą prędkością,
rejestrują takie samo przyspieszenie poruszającej się
cząstki
Wykład 4 2012/2013, zima 7
Wydział EAIiE
Przedmiot: Fizyka
Kierunek: Elektrotechnika
Podstawowe prawa fizyki zachowują niezmienną postać
w dwóch układach odniesienia, do których stosuje się
transformacja Galileusza czyli układach inercjalnych 
niezmienniczość Galileusza (hipoteza)
Jeżeli: F =m a to: F =m a
a = a
ale:
F = F
Obserwatorzy w różnych układach odniesienia, poruszających
się względem siebie ze stałą prędkością, rejestrują taką samą
siłę działającą na cząstkę
Wykład 4 2012/2013, zima 8
4
TRANSFORMACJA LORENTZA
Założenia:
1. Prędkość światła nie zależy od ruchu zródła światła
lub odbiornika czyli jest jednakowa we wszystkich
układach odniesienia, pozostających w ruchu
jednostajnym prostoliniowym względem zródła.
2. Przestrzeń jest jednorodna i izotropowa.
3. Podstawowe prawa fizyki są identyczne dla każdej
pary obserwatorów, znajdujących się względem
siebie w ruchu jednostajnym prostoliniowym
Wykład 4 2012/2013, zima 9
Wydział EAIiE
Przedmiot: Fizyka
Kierunek: Elektrotechnika
ZADANIE DOMOWE 4.2
1. W jakim eksperymencie wykazano, że prędkość
światła nie zależy od względnego ruchu zródła i
obserwatora? Przygotować opis tego
eksperymentu i wyjaśnić co oznaczają pojęcia:
eter, interferometr, efekt Dopplera
2. W jakich wcześniejszych eksperymentach
wyznaczano prędkość światła?
Wykład 4 2012/2013, zima 10
5
Wyprowadzenie transformacji
Lorentza
" Niech S będzie układem odniesienia, w którym
znajduje się zródło światła w spoczynku.
" yródło światła znajduje się w początku układu S
i w chwili t=0 rozpoczyna się emisja.
" Równanie kulistego czoła fali przyjmuje postać:
x, y, z  współrzędne przestrzenne, t  czas,
c  prędkość światła równa ok. 3108 m/s
Wykład 4 2012/2013, zima 11
" Położenie i czas mierzone przez obserwatora
w inercjalnym układzie S poruszającym się
względem S z prędkością V oznaczmy
x ,y ,z ,t
" Załóżmy dla t=0, t =0 i początek układu S
znajduje się w tym samym punkcie co zródło w
układzie S w chwili początkowej
" Dla obserwatora w układzie S równanie
kulistego czoła fali ma postać:
Wykład 4 2012/2013, zima 12
6
Wydział EAIiE
Przedmiot: Fizyka
Kierunek: Elektrotechnika
ZADANIE DOMOWE 4.3
Wykazać, że transformacja Galileusza w postaci:
przestaje być słuszna, tj. nie pozwala na zachowanie
niezmienniczości czoła fali
Wykład 4 2012/2013, zima 13
" Szukamy transformacji, która byłaby prosta dla y
i z oraz liniowa względem x i t.
" Musimy odrzucić założenie, że t=t
" Propozycja:
" Gdy podstawimy do:
otrzymamy:
gdy wyrazy zawierające xt znikają
Wykład 4 2012/2013, zima 14
7
" Otrzymujemy wyrażenie:
" Aby usunąć niepożądany mnożnik (1-v2/c2)
przyjmujemy transformację w postaci:
Transformacja Lorentza
Wykład 4 2012/2013, zima 15
Konsekwencje transformacji Lorentza
" Skrócenie długości pręta poruszającego się
równolegle do swej długości
Lo  długość własna
" Dylatacja czasu tj wydłużenie odstępów czasu
mierzonych przez zegar będący w ruchu
 czas własny
Wykład 4 2012/2013, zima 16
8
Wydział EAIiE
Przedmiot: Fizyka
Kierunek: Elektrotechnika
ZADANIE DOMOWE 4.4
Wiadomo, że mezon Ą+ rozpada się na mezon ź+ i
neutrino. W układzie, w którym mezon Ą+ spoczywa, ma
on średni czas życia przed rozpadem równy około
2.510-8s. Jaki będzie czas życia wiązki mezonów Ą+
obserwowany w układzie laboratoryjnym, jeżeli wiązka
ta ma prędkość v=0.9c?
Wykład 4 2012/2013, zima 17
Wydział EAIiE
Przedmiot: Fizyka
Kierunek: Elektrotechnika
ZADANIE DOMOWE 4.5
1. Korzystając z transformacji Lorentza pokazać,
że przechodzi ona w transformację Galileusza dla
prędkości v<2. Wyprowadzić wzory transformujące składowe
prędkości cząstki z układu S do S
3. Wykazać, że zjawiska jednoczesne w jednym
układzie inercjalnym odniesienia S nie są na ogół
równoczesne w innym inercjalnym układzie
odniesienia S poruszającym się z prędkością V
względem S. Jest to konsekwencja transformacji
Lorentza.
Wykład 4 2012/2013, zima 18
9
Wydział EAIiE
Przedmiot: Fizyka
Kierunek: Elektrotechnika
PODSUMOWANIE
Transformacja Galileusza opiera się na założeniu, że czas
płynie jednakowo w inercjalnych układach odniesienia i
dotyczy obiektów poruszających się z prędkościami dużo
mniejszymi od prędkości światła.
Transformacja Lorentza zakłada, że prędkość światła jest
taka sama we wszystkich inercjalnych układach odniesienia
Konsekwencjami transformacji Lorentza są między innymi:
nowe spojrzenie na równoczesność zjawisk, skrócenie
długości, dylatacja czasu oraz inne zasady składania
prędkości
Transformacja Galileusza wynika z transformacji Lorentza
przy założeniu małej prędkości
Wykład 4 2012/2013, zima 19
10


Wyszukiwarka