Реферат

Реферат Інваріантність

Работа добавлена на сайт bukvasha.net: 2015-10-28

Поможем написать учебную работу

Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.

Предоплата всего

от 25%

Подписываем

договор

Выберите тип работы:

Скидка 25% при заказе до 8.11.2024


ЛЕКЦІЯ

ІНВАРІАНТНІСТЬ

Вище ми розглянули деякі системи координат і їх зв’язок між собою, припускаюся, що простір являється евклідовим. Наскільки евклідова геометрія може бути справедлива для фізичних явищ, можна судити тільки з експериментальних даних. На сьогодні по крайній мірі для класичної механіки в області простору з характерними розмірами L з інтервалу
10-13см<<L<<1028см ми можемо на основі експериментальних даних говорити, що евклідова геометрія може бути застосована до фізичних явищ. Внаслідок цього ми можемо сформулювати деякі висновки:

а) Інваріантність по відношенню до паралельного переносу. Під цим розуміється, що простір однорідний і не змінюється від точки до точки при такому русі. Іншими словами. якщо тіла переміщуються без повороту, то їхні властивості не змінюються.

б) Інваріантність по відношенню до повороту. Із досліду відомо з великою точністю, що простір являється ізотропним, так що всі напрямки еквівалентні і фізичні тіла не змінюються при повороті. На малюнку 1.5 проілюстровані зазначені інваріантності і приведено приклади неінваріантності в гіпотетичному світі, в якому при цих рухах можуть зокрема, змінюватись форма і розміри тіл.

Нижче інваріантності зумовлюють фундаментальні закони збереження.

Залишаючись в такому інваріантному по відношенню до паралельного переносу і повороту світі розглянемо в якому інерціальні системи, які рухаються одна відносно іншої без прискорення (в тому числі і без нормального; тобто ). Заради простоти допустимо, що система В рухається з постійною швидкістю відносно системи А так, що осі х і х’ лежать на одній прямій і напрямлені однаково, і крім того в момент часу початки координат обидвох систем співпадають (мал. 1.6).

Тоді, якщо в момент часу t якась точка М має координати х’, у’, t в системі В, то її координати в системі А будуть:

(1.25)

Перше рівняння (1.25) не містить t, бо в класичній механіці вважаються, що час абсолютний, тобто t=t.

Формули (1.25) носять назву перетворення Галілея для координат. Із перетворення Галілея слідує закон додавання швидкостей і правило перетворень для прискорень:

(1.26) (1.27)

Ми бачимо, що при перетворенні координат завжди можна вказати таки фізичні величини, які залишаються незмінними (інваріантними) при такому перетворенні. Такі величини називаються інваріантами. Наприклад, при перетвореннях Галілея, координати, швидкість (а значить імпульс і кінетична енергія і т.п.) – є варінтні, а прискорення, і час – інваріантні. В цьому контексті розглянемо, що буде творитися із законами збереження імпульсу і енергії як кінетичної так і повної.

Якщо рух деякої системи тіл (частинок) розглядаємо відносно інерціальної системи відліку А, то при переході до іншої інерціальної системи В зміниться кількість руху і кінетична енергія (бо вони є варіантні): якщо через - позначити швидкість в системі А1, а через - в системі В однієї частинки, то

(1.28)

Із співвідношень (1.25) – (1.26) чітко також слідує, що прискорення – інваріант, а також і сили – інваріантні. ???? також слідує з того, що всі механічні сили залежать від відносного розташування тіл або їх відносних швидкостей. І те і інше – інваріанти. Таким чином, всі три закони ньоютонівської динаміки справедливі у всіх інерціальних системах відліку.

§ 4. Чотирьохвектор і інтервал. Простір Міньковського.

Нагадаємо із курсу загальної фізики, що в релятивістській ( не Ньютонівській) механіці, коли швидкістю руху тіл не можна не можна знехтувати порівняно з швидкістю світла, яка згідно ІІ постулату Ейнштейна одинакова у всіх інерціальних системах відліку, справедливі перетворення не Галілея, а Лоренцо (мал. 1.6)

(1.29) (1.30)

Ми бачимо, що при перетвореннях Лоренцо змінюються і координати і час. Причому останні характеристики невіддільні одна від одної є відносними. Але і в релятивістській механіці можна знайти такі величини, співвідношення, які є інваріантними в довільній інерціальній системі відліку.

Першим таким інваріантом є швидкість світла. Нетрудно переконатися із співвідношень (1.29), що другим важливим інваріантом є інтервал події. Його квадрат визначається як:

Отже: (1.31)

Інваріантами, як ми уже також знаємо, з курсу загальної фізики є маса спокою і енергія спокою.

Із останнього співвідношення випливає, що коли кількість руху К в одній інерціальній системі не залежить від часу то вона залишається постійною і в іншій системі відліку К’, поскільки m і константи. Тобто, закон інерції справедливий в усіх інерціальних системах відліку.

Кінетична енергія системи частинок в системі xOy буде:

Остання рівність показує зміну кінетичної енергії при переході від однієї інерціальної системи до іншої. Очевидно також, що якщо кінетична енергія системи в одній інерціальній системі відліку постоянна в часі, то вона буде постійною в часі і в іншій інерціальній системі відліку, якщо система частинок замкнута і між частинками діють тільки пружні сили. Таким чином, закон збереження кінетичної енергії справедливий у всіх інерціальних системах, якщо він справедливий в одній з них. При цьому слід відмітити, що кількість руху ізольованої системи частинок залишається постійною завжди і при недружніх взаємодіях, а кінетична енергія зменшується в цьому випадку на одну і ту ж саму величину в системах xOy і xOy. Це зменшення – інваріант.

Між частинками системи можуть діяти сили, що залежать тільки від віддалі між ними і напрямлені по лінії що їх з’єднують. Тоді кожна конфігурація володіє певною потенціальною енергією U.

Якщо між частинками ізольованої системи відбувається така взаємодія, то закон збереження енергії (механічної) справедливий у всіх інерціальних системах.

Отже ми бачимо, що хоч самі фізичні величини можуть бути варіантними, але співвідношення в які вони входять (або між ними) в довільній інерціальній системі є однаковими (напр. або ). Тобто співвідношення є інваріантними.

Практичне заняття №1

Задача 1. Закон руху точки відносно системи відліку S має вигляд: ; ; , де , і - постійні коефіцієнти. Визначити траєкторію, лінійну і секторну швидкості а також прискорення точки відносно тієї ж системи відліку.

Розв’язок: Диференціюючи по часу задані функції , і отримаємо проекції швидкості і прискорення точки на декартові осі

; ;

; ;

Виражаючи проекції прискорення через проекції радіус-вектора, переконаємося в тому, ??????????????????????????????

; ; , тобто,

Секторна швидкість згідно визначення:

тобто секторна швидкість не залежить від часу .

Нарешті, виключаючи із функцій і отримаємо рівняння траєкторії

; .

Отже, точка рухається з постійною секторною швидкістю по еліпсу, який лежить в площині z=0, причому, прискорення весь час напрямлене до центру еліпса. (Мал. 1.)

Задача 2.

Кривошип ON довжиною a обертається навколо вісі, перпендикулярної до площини малюнка 2 і яка проходить через точку О. Кут між нерухомою віссю Ох і кривошипом змінюється пропорційно до часу: . Скласти рівняння руху точки N в декартовій системі. Визначити рівняння її траєкторії. Визначити час одного повного оберту точки N в момент часу коли обидві координати точки рівні між собою.

Розв’язок: Для складання рівняння руху точки N потрібно виразити її координати як функції часу. З малюнку заходимо координати і точки :

; або

. Це і буде шуканим рівнянням руху точки . Щоб знайти рівняння траекторії в аналітичній (явній) формі треба виключити із і

Тобто траекторія точки представлятиме собою коло радіуса з центром в початку координат.

Визначимо час одного повного оберту точки . Це є час , протягом якого кут зміниться на радіан.

, звідки

Для знаходження початкового положення точки необхідно в рівнянні руху підставити значення . Тоді .

Визначимо момент часу, коли обидві координати точки рівні між собою і , тобто , звідки , де . А це значить, що моменти часу, координати точки рівні між собою будуть

Задача 3.

Циліндричні координати точки при її русі відносно деякої системи відліку змінюються по закону: .


1. Сочинение на тему Трагедия Федора Ровбы трагедия крестьянина-труженика в период коллективизации
2. Реферат на тему Elizabeth Bathory Essay Research Paper ERZSBET ELIZABETH
3. Курсовая на тему Электроснабжение и электрооборудование механического цеха
4. Реферат Организация розничной торговли рыбными товарами
5. Реферат Оказание бытовых услуг предприятиями торговли
6. Реферат на тему Environmental Pollution Essay Research Paper ENVIRONMENTAL POLLUTIONOur
7. Курсовая на тему Инвестиции и тенденции развития правового регулирования инвестиций
8. Реферат на тему Hamlet Is He Insane Essay Research Paper
9. Реферат на тему Політично правові вчення в Німеччині в кінці XVIII поч XIX ст 2
10. Курсовая на тему Теоретические представления консерваторов о государстве и власти НЯ Данилевский КП Победоносцев ЛА