(注:与坐标系相对静止的物体的长度、质量和时间间隔称固有长度、静止质量和固有时,是不随坐标变换而变的客观量 。)(六)光的多普勒效应:(注:声音的多普勒效应是:ν(a)=((u+v1)/(u-v2))ν(b) 。)B系原点处一光源发出光信号,A系原点有一探测器,两系中分别有两个钟,当两系原点重合时,校准时钟开始计时 。
B系中光源频率为ν(b),波数为N,B系的钟测得的时间是△t(b),由钟慢效应可知,A△系中的钟测得的时间为△t(a)=γ△t(b),(1) 。探测器开始接收时刻为t1+x/c,最终时刻为t2+(x+v△t(a))/c,则△t(N)=(1+β)△t(a),(2) 。
相对运动不影响光信号的波数,故光源发出的波数与探测器接收的波数相同,即ν(b)△t(b)=ν(a)△t(N),(3) 。由以上三式可得:ν(a)=sqr((1-β)/(1+β))ν(b) 。(七)动量表达式:(注:dt=γdτ,此时,γ=1/sqr(1-v^2/c^2)因为对于动力学质点可选自身为参考系,β=v/c)牛二在伽利略变换下,保持形势不变,即无论在那个惯性系内,牛二都成立,但在洛伦兹变换下,原本简洁的形式变得乱七八糟,因此有必要对牛顿定律进行修正,要求是在坐标变换下仍保持原有的简洁形式 。
牛顿力学中,v=dr/dt,r在坐标变换下形式不变,(旧坐标系中为(x,y,z)新坐标系中为(X,Y,Z))只要将分母替换为一个不变量(当然非固有时dτ莫属)就可以修正速度的概念了 。即令V=dr/dτ=γdr/dt=γv为相对论速度 。牛顿动量为p=mv,将v替换为V,可修正动量,即p=mV=γmv 。
定义M=γm(相对论质量)则p=Mv 。这就是相对论力学的基本量:相对论动量 。(注:我们一般不用相对论速度而是用牛顿速度来参与计算)(八)相对论力学基本方程:由相对论动量表达式可知:F=dp/dt,这是力的定义式,虽与牛二的形式完全一样,但内涵不一样 。
(相对论中质量是变量)(九)质能方程:Ek=∫Fdr=∫(dp/dt)*dr=∫dp*dr/dt=∫vdp=pv-∫pdv=Mv^2-∫mv/sqr(1-v^2/c^2)dv=Mv^2+mc^2*sqr(1-v^2/c^2)-mc^2=Mv^2+Mc^2(1-v^2/c^2)-mc^2=Mc^2-mc^2即E=Mc^2=Ek+mc^2(十)能量动量关系:E=Mc^2,p=Mv,γ=1/sqr(1-v^2/c^2),E0=mc^2,可得:E^2=(E0)^2+p^2c^2四:四维证明:(一)公理,无法证明 。
(二)坐标变换:由光速不变原理:dl=cdt,即dx^2+dy^2+dz^2+(icdt)^2=0在任意惯性系内都成立 。定义dS为四维间隔,dS^2=dx^2+dy^2+dz^2+(icdt)^2,(1) 。则对光信号dS恒等于0,而对于任意两时空点的dS一般不为0 。
dS^2〉0称类空间隔,dS^2由数学的旋转变换公式有:(保持y,z轴不动,旋转x和ict轴)X=xcosφ+(ict)sinφicT=-xsinφ+(ict)cosφY=yZ=z当X=0时,x=ut,则0=utcosφ+ictsinφ得:tanφ=iu/c,则cosφ=γ,sinφ=iuγ/c反代入上式得:X=γ(x-ut)Y=yZ=zT=γ(t-ux/c^2)(三)(四)(五)(六)(八)(十)略 。
(七)动量表达式及四维矢量:(注:γ=1/sqr(1-v^2/c^2),下式中dt=γdτ)令r=(x,y,z,ict)则将v=dr/dt中的dt替换为dτ,V=dr/dτ称四维速度 。则V=(γv,icγ)γv为三维分量,v为三维速度,icγ为第四维分量 。
(以下同理)四维动量:P=mV=(γmv,icγm)=(Mv,icM)四维力:f=dP/dτ=γdP/dt=(γF,γicdM/dt)(F为三维力)四维加速度:ω=/dτ=(γ^4a,γ^4iva/c)则f=mdV/dτ=mω(九)质能方程:fV=mωV=m(γ^5va+i^2γ^5va)=0故四维力与四维速度永远“垂直”,(类似于洛伦兹磁场力)由fV=0得:γ^2mFv+γic(dM/dt)(icγm)=0(F,v为三维矢量,且Fv=dEk/dt(功率表达式))故dEk/dt=c^2dM/dt即∫dEk=c^2∫dM,即:Ek=Mc^2-mc^2故E=Mc^2=Ek+mc^2 。
【请问:高速旋转的物体的重量会减小吗】

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