第13节匀速绝对相对论.docx

第13节匀速绝对相对论1新理论的约定与前提1.1 新理论的约定匀速绝对相对论是两相对匀速运动的参照系OXyZ和平”之间的力学变换.设OXyZ系和OryZ系相对运动前完全重合.然后设SVyZ系以正实常数u的速率沿+X轴运动，或OXyZ系以正实常数U的速率沿T轴运动.约定OXyZ系和网，Z系中各物理量分别用大写字母与小写字母表示.如，OXYZ系中的时间；位置矢量；X,匕Z轴坐标；X,匕Z轴单位矢量；长度；速度；质量；动量；加速度；力；动能；静能；总能分别用大写字母T；R,X,fZ；1.J,K,1.；V：M；尸；A；F；E；E0；E表示.阳，2系中的上述各量分别用小写字母r；r；x,y,z；i,j,A；/；v；m；p；a；f；ek；e0；e表示.12新理论的前提1.1.1 光子速度发射性原理光子速度发射性原理为：光子从光源发射出来且相对于光源在真空中的传播速度恒为c=2.99792458×IO8m/s.(13.1)1.1.2 实物速度界限性原理实物速度界限性原理为：任何实际物体(含光子等微观粒子)的速度。可无限趋于、但是永远小于理想速度或界限速度或极限速度W,即：(13.2)<w.1.1.3 自然理律绝对性原理自然理律律绝对性原理为：一切自然理律在所有参照系中都有相同的形式.自然理律就是客观存在的道理和规律，包括公理、原理、定律、定理等.2新理论的内容与推导2.1 前部的变换式2.1.1 新理论的坐标变换式爱因斯坦推导洛仑兹变换式的数学方法非常繁琐、复杂和难懂，致使许多人认为爱因斯坦的方法错误.为此，我以图13.1为例，提出一个简单易懂的相对运动法，现简述如下：ZZ图13.1坐标变换式的新推导因为两个相对匀速运动的参照系的坐标轴方向可以任意选择，所以设参照系OXyZ（时间坐标用T表示）和yz（时间坐标用t表示）开始相对匀速运动前完全重合，开始相对匀速运动后，从T=t=0时刻起，视OXyZ为静止，OXyZ以正实常数的速率沿+X轴运动；从OXyZ和OXyZ的公共原点。（。）沿+X轴发射一理想物体W（速率为w）.经过T秒或f秒后，OXyZ系的原点o到达OXyZ系中的A点，或OXyZ系的原点。位于OXyZ系中的。点；理想物体W到达OXYZ系中的B点，或到达OXyZ系中的b点，如图13.1所示.故B点或8点的坐标分别为：X=wT,r=0,>(13.3)Z=O.X=Wf,y=0,>(13.4)z=0.J从图13.1知，OXyZ测得：OB=NT,OA=uT.所以AB(ob)=OB-OA=jT-uT.从图13.1知，。呼Z测得：ob(AB)=vjt.设相对运动系与相对静止系测得同一长度之比为则有：ob(AB)_WfAB(ob)wT-uT,所以Wf=y(wT"T).(13.5)若不改变OXyZ和oxyz的上述运动状态，而只是将oxyz视为静止，则OXKZ便以的速度量值沿T轴运动.此时闪2测得：Ob=Wt,oa=-ui.所以ab(OB)=CIo+ob=ob-oa=wi+ut.参照系OXyZ测得：OB(ab)=wT.因为己设相对运动系与相对静止系测得同一长度之比为夕，所以OBgb)WT=y,ab(OB)wt+ut所以(13.6)WT=Y(WZ+/).将(13.5)式和(13.6)式两边分别相乘得：wwT=(wT-m7)y(wr+M,w2=2(w2-w2),O2W-/=22，W-U因为倍数/不能为负，所以Y=,(其中.二幺).TrTTW由(13.3),(13，(13.5),(13.6)式得坐标变换式为:x=(X-uT'y=Y,Z=Z,1.(13.7)(13.8)t=T-X.X=/(x+wr),Y=yfZ=z,(13.9)T'=Y2.1.2新理论的速度变换式将坐标变换式(13.8),(13.9)的各式微分后再将前3式分别除以第4式得速度变换式为：11+气wVv%=70f(13.11)T+WyJVz=(vY/1+匕%2.2质速间关系式设小球1,2静止时的质量都为机。,速度量值为时的质量都为团；小球1,2分别静止在阳2系的原点。和OXyZ系的原点OT=t=O时刻，yz系以匀速度量值u沿+X轴开始运动.由于OXYZ系和oxyz系完全对等，所以OXYZ系和Oxyz系测得小球1,2的总质量和总动量分别为：M=mx=k(m0+ri)；MXV=k(m。+m)V=k/0+kmu=kmi,(mfi+m)V=muimxvx=k(m0+n)Vx=kmu0-kmu=-kmut(m0+m)Vx=-mu.VX二MXVXVxmxvx将上式代入（1311）式得:2,一%一一%=%+”,W0=+2.Vx+ur+2%+m=0.ww-解此方程得：OX二2l.W将Vr=U7琢+2%+=OW因为加°和机都不能为负数，所以不是方程的解，故舍去.将代入(w0+w)x=-mu并据前边的计算得：fnO_1M2所以m=l.后Vw由此式知：以正实常数O的速率运动的物体，止质量%的T倍.即质速关系式为：后2.3中部的变换式2.3.1新理论的质量变换式其运动质量机是静(13.12)据速度坐标式、质速关系式和速度变换式推得质量变换式为:w=zl-Ay(13.13)M=y(l+2%)m,(13.14)2. 3.2新理论的动量变换式据速度变换式和质量变换式推得动量变换式为：Px=y(P-Mu);Py=%-(13.15)Pz=pz-PX=r(px+mu);pY=Py，(13.16)pz=Pr3. 3.3新理论的质率变换式质量对于时间的变化率叫做质变率，简称为质率.在参照系OXyZ中用N表示，在参照系。孙Z中用n表示.据质量变换式和时间坐标变换式推得质量变率变换式为：N-2(%N+AM)n=史1，(13.17)-邑VXn+-(vxn+am)N=：.(13.18)+-vx182W2. 3.4新理论的加速变换式据速度变换式和时间坐标变换式推得加速度变换式为:r21-(13.19)Az-(VxA7-V7Ax)W(13.20)据动量变换式和时间坐标变换式推得力变换式为:(13.21)J+皿x11+匕%(13.22)z1+-Iw工【W2.4动力学的方程2.4.1 动力学方程的新推导据微分形式动量定理知：dp=fdt,mv184dpd(tnv)J=drma=d/dpdm,=rn+v=nv+vm.jnv,ev+ve,v=恤W1Wdrdr%)/=mv,+Vtn=v2,(v2ma+m7ve=maea+-vevw-VIw-Vf=mv,+Vtn=(v2v,e,t=tnv,ev1+：y+mvev=Iw-J)/2W，W”，2Vev+mvevmvev+-vevW-VW-Vf=mu'+vn,=<(13.23)式(13.23)即为动力学方程.由(13.23)式知:当物体做匀速率加速运动时有:O=常数，"=0,f=maea=或f=nve,v=m(ve,v+O)=aw(ve,v+v,ev)=mv,=rna.即f=ma.(13.24)当物体做定方向加速运动时有：4=常矢，e；=0,ea=ev,v,=a,m*1+二，=2三或IW-V)wIWIW一QMK+E叱=叩)+E仁卜2OW-W-7f11aea=-一7ma.W-VW-Vw-f=-Wma.(13.25)W-V'2.4 .2动力学方程的新说明当/为恒力时，随着力/使速度量值。的增大，加速度量值。却逐渐减小.当。增大到W时，。就减小到0.但是任何实际物体的速度量值V只能无限趋于W而永远达不到W.所以其加速度量值。只能无限趋于O而永远达不到0.这说明力/仍然是改变物体运动速度的物理量.只不过是随着时间的推移，对速度改变的快慢程度逐渐减小而已.这种加速度量值的减小，也是由于质量m随速度量值V的增大而增大的缘故.恒力/的量值/越大，速度量值。趋于W越快，加速度量值趋于0也越快.当/为变力时，物体的速度。和加速度Q也随之变化.并且，除匀速率加速运动和定方向加速运动以外，加速度。再也不与力/方向相同了.动力学方程方3.23),(13.24),(13.25)式是对运动定律(旧有的牛顿第一、第二运动定律)的补充、发展和完善，从而弥补了第172173页第12节3.1.3中说的牛顿力学的时代局限性.2.5 质能间关系式2.5.1 质能关系式的新推导据微分形式动能定理、动量定理和速度定义知：jz.,d(mv).,z、d(tnvtnv)d(wv)2相=fdr=1.vdt=vd(mv)=-=dt2n2m2md(m)z1Vmn17wn11=vd(mv)=vd/U=/wd；P=2mv2l-72w0w2i-r=w0w2-d(其中gw).Jl-2(i-2)i22W0W2mr)W2->z、->a/，-Z11W=7=°-W0W=w(112-71o)=W72,团乓即=W2(ZW-W0)=w2w.(13.26)定义e0=/W0W2(13.27)为物体的黔能.物体的静能实质上是物体内部的各分子运动的动能、各分子间的势能，分子内部各原子运动的动能、各原子间的势能原子内部各层次粒子的动能、势能的总和.定义e=mw2(13.28)为物体的总能,则有e=mw2=(m-mtt÷110)w2=(n-w0)w2+n0w2=e+4.所以，物体的总能实质上是物体的动能和静能之总和.物体的总能定义式e=ww2表明了物体的质量7和能量e之间的关系，所以总能定义式e=WW2也叫做质能关系式.2.5. 2质能关系式的新解释2.6. 2.1质能概念的对偶性质随着科学的发展，人们逐步地认识到：物体周围存在着引力场，电荷周围存在着电场，磁体周围存在着磁场.这就说明了宇宙间除了存在着原先认识的般物质以外，还存在着一种叫做场的特殊物质，并且也发现了一般物质和特殊物质的对偶性质.例如，我们从第30页第02节中的物质概念得知:人们非常熟悉的，由分子或原子或质子、中子、电子等粒子组成的，有机械性质的，看得见、摸得着的，实实在在的一般物质叫做实物质.简称为物质或物.表示物殖（实物质）多