Bài giảng Vật lý đại cương A2 - Chương IV: Thuyết tương đối hẹp

Bài giảng Vật lý đại cương A2 - Chương IV: Thuyết tương đối hẹp có nội dung trình bày về: nguyên lý Galilê, phép biến đổi Galilê, thí nghiệm Michelson - Morly, Các tiên đề của thuyết tương đối hẹp, phép biến đổi Lorentz,... Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết bài giảng.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Vật lý đại cương A2 - Chương IV: Thuyết tương đối hẹp CHƯƠNG IV THUYẾT TƯƠNG ĐỐI HẸP Cơ học Newton (cơ học cổ điển) ra đời từ nữa cuối thế kỷ XVII đóng vai trò hết sức to lớn. Trong cơ học Newton người ta quan niệm không gian có tính tuyệt đối và được mô tả bằng hình học Euclide. Thời gian cũng có tính tuyệt đối. Cuối thế kỷ 19 và đầu thế kỷ 20, khi nghiên cứu đến những hiện tượng liên quan đến ánh sáng hoặc những vận tốc lớn so sánh được với vận tốc ánh sáng, người ta nhận thấy rằng những khái niệm cũ không còn phù hợp nữa. Trong tình hình đó, thuyết tương đối ra đời xây dựng lại những khái niệm không gian và thời gian khác hẳn với những khái niệm của Newton. TTĐ Einstein gồm hai phần: + TTĐ hẹp ra đời 1905 nghiên cứu các HQC quán tính. + TTĐ rộng ra đời 1916 nghiên cứu các HQC không quán tính. Trong phần này chúng ta chỉ nghiên cứu thuyết tương đối hẹp. I. Nguyên lý Galilê, phép biến đổi Galilê  hệ K’ chuyển động đối với hệ K với Giả sử ta có vận tốc v không đổi dọc theo trục x và lúc đầu gốc hai tọa độ trùng nhau. Khi đó ta có hệ thức:      y y’ r  r ' OO '  r ' vt ' K K’ M Chiếu hệ thức trên xuống   các trục tọa độ ta được: r r' x  x ' vt ' O’ O x x’ y  y' z z’ z  z' Các hệ thức này gọi là phép biến t t' đổi Galilée Phép biến đổi Gallilée dẫn đến một số KQ sau: 2 2 2 a) Gọi l  ( x1  x2 )  ( y1  y2 )  ( z1  z2 ) là khoảng cách giữa hai điểm 1, 2 trong hệ K; khoảng cách tương ứng trong hệ K’ là: 2 2 2 l '  ( x '1  x '2 )  ( y '1  y '2 )  ( z '1  z '2 ) Ta có : l '  l : khoảng cách giữa hai điểm là đại lượng bất biến . Lấy đạo hàm các hệ thức trên theo thời gian u x  u 'x  v ; u y  u ' y ; u z  u ' z Các hệ thức này là phép cộng vận tốc cổ điển. Từ nhiều quan sát và thí nghiệm, cơ học Newton rút ra nhận xét sau đây gọi là nguyên lý Galilée: Các định luật cơ học đều như nhau trong các hệ qui chiếu quán tính. 2. Về quang học ta đã biết lí thuyết hạt ánh sáng của Newton và lí thuyết sóng AS của Huygens. Lúc đầu thuyết sóng không được chú ý . Mãi đến đầu thế kỷ XIX nó mới được thừa nhận một cách rộng rãi. Nhưng quan niệm AS có tính chất sóng thì đồng thời cũng phải quan niệm trong thiên nhiên tồn tại môi trường vật chất đặc biệt để lan truyền sóng AS. Người ta gọi môi trường đó là ête 3) Thí nghiệm Michelson - Morly G2 2 S G 1 G1 T Một tia sáng đơn sắc từ nguồn S đến gương nữa phản xạ G, một phần phản xạ (2) và phần truyền qua (1). Tia (2) đến gặp gương G2 sau đó lại quay về G. Còn tia (1) sau khi gặp G1 cũng trở về G. Các tia này cuối cùng cũng rơi vào giao thoa kế T Giả sử thiết bị này được đặt sao cho gương GG1 song song còn phương GG2 vuông góc với phương chuyển động của Trái đất (trong ête). Gọi v là vận tốc chuyển động của Trái đất còn c là vận tốc ánh sáng trong ête, GG1 = GG2 = l . • Thời gian ánh sáng đi trên đoạn đường GG1 G: l l 2l 1 t1    2 (1) cv cv c v 1 2 c • Thời gian ánh sáng đi trên đoạn đường GG2 G: 2l 2l 1 t2   (2) 2 c v 2 c v 2 1 2 c Vận tốc Trái đất chung quanh Mặt Trời cũng là vận tốc của nó trong ête (vận tốc tuyệt đối của 2 v 8 Trái Đất) thì v = 30km/s và 2  10 do đó: c 2 2l  v  2l v t1  1  2   1    ;   2 c c  c c 2 2l  v  2l  1 2  t2   1  2    1    c  2c  c  2  • Hiệu quang lộ của hai tia đó là: 2 1  L1  L2  c(t1  t2 )  l  • Bây giờ quay giao thoa kế một góc 900 sao cho G2 G trùng còn G1 G vuông góc với phương chuyển động của Trái Đất. Hiệu quang lộ của hai tia sẽ là 2 2  l G2 S G G1 • Vậy hiệu quang lộ đã thay đổi một lượng là: 2  2  1  2l  • Hệ thống vân sẽ dịch chuyển đi một đoạn là: 2 2l  khoảng vân m  Trong thí nghiệm Miche ...