23 SPECIÁLNÍ TEORIE RELATIVITY
Mechanický (Galileiho) princip relativity
Ve všech inerciálních vztažných soustavách platí stejné zákony Newtonovy klasické mechaniky.
Určování rychlosti světla
Fyzikové se domnívali, že se světlo šíří nosným prostředím tzv. éterem. Výsledky optických pokusů ukázaly, že se světlo šíří ve vakuu vzhledem k Zemi ve všech směrech stejnou rychlostí c.
Einsteinovy principy speciální teorie relativity
Ve všech inerciálních vztažných soustavách platí stejné fyzikální zákony.
Ve všech inerciálních vztažných soustavách má rychlost světla ve vakuu stejnou velikost, nezávisle na vzájemném pohybu světelného zdroje a pozorovatele. Rychlost světla v libovolné inerciální vztažné soustavě je ve všech směrech stejná.
23.1 RELATIVNOST SOUČASNOSTI
Dvě nesoumístné události, které jsou současné vzhledem k soustavě K‘, nejsou současné vzhledem k soustavě K. Z toho vyplívá, že současnost dvou nesoumístných událostí je relativní pojem.
Např. lampa ve středu vagónu, který se pohybuje téměř rychlostí světla, vyšle záblesk. Pozorovatel ve vagónu (pohybující se soustava K‘) vidí současný dopad paprsků na stěny vagónu, zatímco pozorovatel u trati (klidová soustava K) vidí, že na stěnu A dopadne paprsek dříve než na stěnu B.
23.2 DILATACE ČASU
Světelné hodiny H‘, které se vůči pozorovateli pohybují, jdou pomaleji než hodiny H, které jsou vůči stejnému pozorovateli v klidu.
23.3 KONTRAKCE (ZKRACOVÁNÍ) DÉLEK
Protože měření délky pohybující se tyče vyžaduje současné určení poloh koncových bodů měřeného předmětu a současnost událostí je relativní pojem, je také délka předmětu relativní pojem vzhledem k volbě vztažné soustavy.
23.4 RELATIVISTICKÉ SKLÁDÁNÍ RYCHLOSTÍ
Relativistický vztah pro skládání rychlostí je ve shodě s principem stálé rychlosti světla, podle něhož se světlo vzhledem k soustavě K i K‘ šíří stejnou rychlostí c nezávisle na tom, jak velkou rychlostí v se obě soustavy K a K‘ pohybují vůči sobě navzájem: .
Pro – platí i pro klasickou mechaniku.
23.5 RELATIVISTICKÁ HMOTNOST A HYBNOST
Pokud bychom působili na těleso konstantní silou F, zvyšovala by se rychlost až by překročila rychlost světla: , bylo odvozeno a měřeními potvrzeno: .
Jestliže se rychlost tělesa bude přibližovat rychlosti světla ve vakuu c, poroste hmotnost tělesa nade všechny meze. Působící konstantní síla by tělesu udělovala stále menší zrychlení. Proto nemůže žádné těleso s klidovou hmotností větší než nula dosáhnout rychlosti světla nebo jí překročit.
Hybnost:
Relativistický zákon zachování hybnosti
Celková relativistická hybnost izolované soustavy je konstantní. Platí ve všech inerciálních soustavách.
23.6 VZTAH MEZI ENERGIÍ A HMOTNOSTÍ
V relativistické dynamice souvisí změna energie tělesa se změnou jeho hmotnosti. Při každé změně celkové energie soustavy se změní také její hmotnost.
Mezi celkovou energií soustavy a hmotností platí vztah
Při rychlostech a hmotnostech v klasické fyzice jsou změny hmotností nepatrné a experimentálně nezjistitelné.
Klidová energie: je energie vzhledem ke vztažné soustavě, vůči níž je těleso v klidu:
Celková energie tělesa: . Pro celkovou energii tělesa platí zákon zachování energie, podle něhož celková energie izolované soustavy zůstává při všech dějích probíhajících uvnitř soustavy konstantní. Zákon zachování energie a zákon zachování hmotnosti lze ve speciální teorii relativity považovat za dvě různé formulace téhož zákona.
