De la Newton la Teoria Relativitatii Restranse

Inca Galilei a spus ca un corp care nu este supus nici unei forte are o viteza constanta. Aceasta afirmatie este adevarata numai intr-un sistem de referinta inertial (SRI) si chiar il defineste. Legea atractiei universale ne spune ca forta este invers proportionala cu patratul distantei. Astfel aceasta forta scade pe masura ce corpul este [...]

Sisteme de Referinta InertialeInca Galilei a spus ca un corp care nu este supus nici unei forte are o viteza constanta. Aceasta afirmatie este adevarata numai intr-un sistem de referinta inertial (SRI) si chiar il defineste.
Legea atractiei universale ne spune ca forta este invers proportionala cu patratul distantei. Astfel aceasta forta scade pe masura ce corpul este dus tot mai departe. Daca ne alegem un sistem de referinta neinertial (SRN) observam forte ce nu sunt asociate cu apropierea altor corpuri.

Existenta unui SRN ne confrunta cu o intrebare dificila: “Ce efect are toata materia din Univers asupra unei experiente facute intr-un laborator terestru?” Sau mai simplu: daca rotim o galeata cu apa relativ la stele atunci suprafata apei va lua o forma parabolica, dar ce se intampla daca intr-un fel oarecare vom roti stelele in jurul galetii astfel incat miscarea relativa sa fie aceeasi?
Parerea lui Newton era ca suprafata apei va ramane plana. In acest fel Newton da o anumita semnificatie rotatiei absolute si acceleratiei absolute.
Punctul de vedere opus si anume “Numai miscarea relativa la stelele fixe are sens” constituie o ipoteza numita principiul Mach. In acord cu acest punct de vedere, apa din galeata va lua o forma paraboloidala. Unii fizicieni considera acest principiu atractiv apriori.Deci, are viteza absoluta vre-o semnificatie fizica? Luand in consideratie experienta putem spune – NU. Suntem condusi astfel la o ipoteza fundamentala numita invarianta Galilei: Legile fizicii sunt identice in orice sistem de referinta ce se misca uniform unul in raport cu altul. In 1863 Maxwell formula legile electromagnetismului. Ecuatiile Maxwell insa nu sunt G-invariante, deci legile fenomenelor electromagnetice ar trebui sa difere de la un SR la altul, iar aceasta ar permite determinarea miscarii relative a SRI si evidentierea unui SR absolut, presupus legat de eterul cosmic universal.

Ce este eterul? Astazi este doar un alt cuvant pentru spatiul vid, dar Maxwell si multi altii nu si-au putut inchipui campul ca fiind o entitate care sa se propage in spatiu si al carei suport sa fie ea insasi: “Daca ceva este transmis de la o particula la alta, aflata la o anumita distanta, ce devine acel ceva dupa ce a parasit prima particula si pana a ajunge la a doua?”
Daca acest ceva este energia potentiala a celor doua particule, cum spune teoria lui Neumann, cum ne putem oare inchipui existenta acestei energii intr-un punct al spatiului care nu coincide nici cu prima particula nici cu a doua?

Intr-adevar ori de cate ori se transmite energie de la un corp la altul, trebuie sa existe un mediu sau o substanta in care se afla energia dupa ce a parasit primul corp si pana sa-l fi atins pe celalalt, pentru ca dupa cum remarca Torricelli “energia este o chintesenta de o natura atat de subtila, incat nu poate fi continuta in nici un vas cu exceptia substantei intriseci a lucrurilor materiale”.

Michelson-Morley Nenumaratele experiente, printre care cea mai remarcabila – Michelson-Morley au aratat ca prin mijloace optice nu se poate determina miscarea unui SRI. Astfel s-a gasit ca viteza luminii in vid este independenta de miscarea sursei sau a observatorului. Aceasta contrazice legea clasica de adunare a vitezelor si transformarile Galilei.Intr-adevar, bunul simt ne spune ca viteza luminii in raport cu observatorul in miscare ar fi c0=c+-v, unde v-viteza observatorului, insa experienta ne contrazice: c0=c. Contradictia ivita a fost rezolvata clar si precis in 1905 de catre Albert Einstein (1879-1955) prin crearea Teoriei Relativitatii Restranse (TRR). Pe baza rezultatelor experimentale, Einstein extinde principiul relativitatii lui Galilei la intreaga fizica: Toate legile fizicii sunt aceleasi in SRI (v=const).
Imaginati-va ca sunteti inchisi intr-o cutie care constituie un SRI. Nu putem imagina nici o experienta prin care am demonstra miscarea cutiei. Chiar daca am avea o fereastra nu am putea decide daca se misca cutia sau mediul ambiant. Prin urmare nici o experienta fizica efectuata in interiorul unui SRI nu ne permite sa determinam miscarea relativa a acestuia in raport cu alte SRI.

Toate SRI sunt absolut exhivalente din punct de vedere fizic: nu exista un spatiu absolut- un SR absolut.

Principiul relativitatii reprezinta primul postulat al TRR. Cel de-al doilea postulat afirma ca viteza maxima de propagare a interactiunilor sau a energiei este finita si aceeasi in toate SRI. Aceasta viteza coincide cu viteza luminii in vid. Aceste doua postulate constituie fundamentul TRR.
Cu ajutorul lor putem deduce noile transformari corecte – transformari care lasa invariante ecuatiile lui Maxwell. Prin urmare, ecuatiile lui Maxwel sunt corecte. In schimb, legile mecanicii lui Newton, invariante la transformarile lui Galilei nu sunt exacte.

Noile transformari trebuie sa fie liniare la fel ca si transformarile lui Galilei, in caz contrar vom avea mai multe solutii iar observatiile s-ar interpreta diferit in alte SR. Ne alegem doua sisteme de coordonate a.i. axa y si z sa nu fie afectate de miscarea reciproca a sistemelor(sa fie transversale pe dir de miscare Ox). Intr-un cuvant y’=y, z’=z.
Pentru coordonatele x’ si x trebuie sa avem urmatoarea relatie:

x'=a(x-ut)

Relatia trebuie sa fie liniara si pentru punctele x=ut din planul O’y'z’ trebuie sa rezulte x'=0 in S’, deci polinomul liniar al lui x’ trebuie sa fie divizibil cu (x-ut), adica trebuie sa fie proportional cu (x-ut).
Analog trebuie sa avem:

x=a(x'+ut'),

deoarece pentru punctele x'=-ut' din planul Oyz trebuie sa rezulte x=0 in S, deci polinomul lui x trebuie sa fie proportional cu x'+ut'. Coeficientul a trebuie sa fie acelasi in virtutea echivalentei SR, altfel trecerea de la un SR la altul ar fi diferita. Daca S se misca cu viteza -u fata de S’ atunci trecerea inversa se obtine din cea directa prin substitutia (x,t,u)<->(x',t',-u) sau: x'=a(x-ut) <=> x=a(x'+ut').

Pana aici s-a folosit I postulat al TRR. In cazul transformarilor Galilei a=1, in cazul nostru insa il putem afla folosind postulatul II. Presupunem ca in momentul initial, cand O si O’ coincid , se emite un semnal luminos din origine in sensul axei comune Ox. Un punct oarecare in care ajunge semnalul are coordonatele: x=ct in S si x'=ct' in S’. Aplicand transformarile obtinute pentru acest punct avem:

ct'=a(c-u)t, ct = a(c+u)t'.

Inmultindu-le, obtinem

c^2=a^2(c^2-u^2) => a= 1/sqrt(1-u^2/c^2).

Astfel am obtinut transformarile Lorentz care dau trecerea de la un SRI la altul, care se misca fata de primul cu viteza constanta u de-a lungul axei comune Ox. Aceasta transformare are o istorie lunga. Ea a fost folosita initial de catre J.Larmor pentru a explica efectul negativ al experientei Michelson-Morley in cartea “Aether and Matter”.De aici insa porneste o “reforma” intreaga a transformarilor care continua cu contractia Lorentz-Fitzgerald, dilatarea duratelor, expresii relativiste pentru energie si impuls si multe alte lucruri interesante.

Referinte: Berkeley Physics Course Volume I Second Edition, The Feynman Lectures on physics si “Mecanica” de A.Hristev.

3 Responses

06.14.05

foarte tare frate eu sunt cls a IX a

06.14.05

O scurta opinie asupra TRR am postat la lynkul de mai jos; http://cercetare.forumgratuit.ro/scurta-opinie-asupra-tr-t204.htm?unwatch=topic

06.14.05

felicitari pentru acest articol

Adauga comentariu

* Nume, Email si Comentariu sunt campuri obligatorii

Autentificare site

Album astrofoto

m52.jpg

Discutii forum

Oglinda primara skywatcher 250/1200 + barilet ( 25 Iun 2019 11:36 )
Astronomy Day la Planetario de Castellon, Spania ( 25 Iun 2019 11:05 )
Cafeneaua lui cata2 ( 25 Iun 2019 09:41 )
Skywatcher AZGTi ( 24 Iun 2019 22:17 )
Observatii cu binoclul ( 24 Iun 2019 16:06 )
DSO 2 ( 24 Iun 2019 15:37 )
Star Party Astroclub Galaxis ( 24 Iun 2019 14:04 )
DSO / Obiectele cerului profund ( 23 Iun 2019 19:31 )
Fotometrie la stele variabile de tip Delta Scuti ( 23 Iun 2019 17:11 )
Stellarevue 3.6mm FOV 110 grade!!! - Ocular Ultra ... ( 23 Iun 2019 14:16 )
Meteori vazuti cu cctv ( 23 Iun 2019 09:45 )
astrotrac - varianta mioritica ( 22 Iun 2019 19:37 )
Planete ( 22 Iun 2019 13:08 )
Vand prisma dielectrica de 2 ( 22 Iun 2019 01:53 )
Accesorii Dobson XT10G ( 22 Iun 2019 00:13 )

Recomandari

Publicatii

STELE SI CONSTELATII, Marcel Jinca

Fazele Lunii


Luna in Ultimul Patrar
Luna in Ultimul Patrar

Vechime Luna: 22 zile

Distanta: 63 raze terestre
Latitudine ecliptica: -5°
Longitudine ecliptica: 3°

Arhiva