Релятивистский закон сложения скоростей. Релятивистский импульс тела. Основной закон релятивистской динамики. Связь между массой и энергией

Пусть материальная точка или тело движется со скоростью ' вдоль оси x' системы отсчета K', а сама система K' движется со скоростью ₀ относительно системы отсчета K так, что координатные оси x и x' все время совпадают, а координатные оси y и y′, z и z ' остаются параллельными. Скорость материальной точки или тела относительно системы отсчета K вычисляется по релятивистскому закону сложения скоростей: .

При условии << c релятивистский закон сложения скоростей переходит в классический: .

Релятивистский импульс материальной точки (тела в поступательном движении) равен: ,где –релятивистская масса материальной точки (тела), – масса покоя материальной точки (тела), т.е. масса, измеренная в системе отсчета, относительно которой материальная точка (тело) покоится.

II закон Ньютона (основной закон релятивистской динамики): ,где – изменение импульса материальной точки (тела), – отрезок времени, в течение которого произошло изменение импульса.

Связь между массой и энергией (формула Эйнштейна): E = ,где – полная энергия материальной точки (тела), – релятивистская масса материальной точки (тела), – скорость точки (тела).

Е_о = m_оc² – энергия покоя материальной точки (тела), т.е. энергия в системе отсчета, в которой точка (тело) покоится.

Энергия покоя тела является его внутренней энергией. Она представляет собой сумму энергий покоя частиц, составляющих тело, кинетической энергии всех частиц относительно общего центра масс и потенциальной энергии их взаимодействия.

КВАНТОВАЯ ФИЗИКА

Квантовая природа света. Формула Планка для кванта электромагнитной энергии. Фотоэффект, его закономерности и теория. Применение фотоэффекта.

Квантовая оптика – раздел учения о свете, в котором изучается дискретный характер излучения, распространения и взаимодействия с веществом.

В квантовой оптике свет рассматривается как поток особых частиц – фотонов (квантов электромагнитного излучения), имеющих нулевую массу покоя (m_о = 0) и движущихся со скоростью с, равной скорости света в вакууме, в любой инерциальной системе отсчета.

Формула для расчета энергии Е кванта электромагнитной энергии (формула Планка): .

Формула для расчета импульса p фотона: .

Формула для расчета релятивистской массы фотона: .

h = 6,63·10^-34 Дж∙с – постоянная Планка, – частота световой электромагнитной волны, λ₀ – длина волны в вакууме, с = 3·10⁸ м/с – скорость света в вакууме.

Фотоэлектрический эффект (фотоэффект) – явление взаимодействия света с веществом, в результате которого энергия фотонов передается электронам вещества. Фотоэффект был открыт в 1888 году немецким физиком Г. Герцем.

Внешний фотоэффект – вылет электронов из освещенных твердых и жидких тел.

Внутренний фотоэффект – вырывание электронов из атомов, молекул или ионов вещества, но при этом вырванные электроны остаются внутри вещества.

Законы внешнего фотоэффекта: 1) максимальная начальная скорость _max фотоэлектронов определяется только частотой падающего на металл света и свойствами поверхности металла; от освещенности катода _max не зависит; 2) количество электронов, вырываемых светом с поверхности металла за 1 с, прямо пропорционально поглощаемой за это время энергии световой волны (освещенности катода); 3) для каждого вещества существует красная граница фотоэффекта.

Красная граница фотоэффекта – наименьшая частота ν_min (наибольшая длина волны λ_max ) падающего на металл света, при которой еще возможен фотоэффект.

Теория фотоэффекта: энергия E = hν фотона, поглощенного электроном, расходуется на 1) совершение работы выхода А электрона из металла и 2) создание электрону запаса кинетической энергии (m – масса электрона, – максимальная скорость фотоэлектрона, с которой он покидает металл).

Уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта: .

Формула для определения максимальной скорости фотоэлектронов (через задерживающую разность потенциалов U₃): .

Формула для определения красной границы фотоэффекта (через значение работы выхода электрона из металла): ; .

Применение фотоэффекта: 1) вакуумный фотоэлемент (позволяющий включать то или иное реле (комбинация фотоэлемента с реле позволяет сконструировать множество различных видящих автоматов)); 2) фотосопротивления и фотоэлементы (полупроводниковые приборы, работа которых основана на явлении внутреннего фотоэффекта (звуковое кино, сигнализация, телевидение, автоматика и телемеханика; преобразование световой энергии в энергию электрического тока)).