Em 1905, Albert Einstein publicou sua teoria da relatividade, que mudou um pouco a compreensão da ciência sobre o mundo ao nosso redor. Com base em suas suposições, a fórmula para a massa relativística foi obtida.
Relatividade Especial
A questão toda é que em sistemas que se movem um em relação ao outro, quaisquer processos procedem de maneira um pouco diferente. Especificamente, isso é expresso, por exemplo, em um aumento de massa com um aumento de velocidade. Se a velocidade do sistema for muito menor que a velocidade da luz (υ << c=3 108), essas mudanças praticamente não serão perceptíveis, pois tenderão a zero. No entanto, se a velocidade do movimento estiver próxima da velocidade da luz (por exemplo, igual a um décimo), indicadores como massa corporal, seu comprimento e o tempo de qualquer processo mudarão. Usando as fórmulas a seguir, é possível calcular esses valores em um referencial móvel, incluindo a massa de uma partícula relativística.
Aqui l0, m0 e t0 - comprimento do corpo, sua massa e o tempo de processo em um sistema estacionário, e υ é a velocidade do objeto.
De acordo com a teoria de Einstein, nenhum corpo pode acelerar mais rápido que a velocidade da luz.
Massa de repouso
A questão da massa de repouso de uma partícula relativística surge justamente na teoria da relatividade, quando a massa de um corpo ou partícula começa a mudar dependendo da velocidade. Assim, a massa de repouso é a massa do corpo, que no momento da medição está em repouso (na ausência de movimento), ou seja, sua velocidade é zero.
A massa relativística de um corpo é um dos principais parâmetros na descrição do movimento.
Princípio de conformidade
Após o advento da teoria da relatividade de Einstein, foi necessária alguma revisão da mecânica newtoniana usada por vários séculos, que não poderia mais ser usada quando se considera sistemas de referência movendo-se a uma velocidade comparável à velocidade da luz. Portanto, foi necessário alterar todas as equações da dinâmica usando transformações de Lorentz - uma mudança nas coordenadas de um corpo ou ponto e tempo do processo durante a transição entre referenciais inerciais. A descrição dessas transformações baseia-se no fato de que em cada referencial inercial todas as leis físicas funcionam igual e igualmente. Assim, as leis da natureza não dependem de forma alguma da escolha do referencial.
A partir das transformações de Lorentz, expressa-se o principal coeficiente da mecânica relativística, que é descrito acima e é chamado de letra α.
O princípio da correspondência em si é bastante simples - ele diz que qualquer nova teoria em algum caso particular dará os mesmos resultados queanterior. Especificamente, na mecânica relativista, isso se reflete no fato de que em velocidades muito menores que a velocidade da luz, as leis da mecânica clássica são usadas.
partícula relativística
Uma partícula relativística é uma partícula que se move a uma velocidade comparável à velocidade da luz. Seu movimento é descrito pela teoria da relatividade especial. Existe até um grupo de partículas cuja existência só é possível quando se move na velocidade da luz - são chamadas partículas sem massa ou simplesmente sem massa, pois em repouso sua massa é zero, portanto, são partículas únicas que não têm opção análoga em não -relativística, mecânica clássica.
Ou seja, a massa de repouso de uma partícula relativística pode ser zero.
Uma partícula pode ser chamada de relativística se sua energia cinética puder ser comparada com a energia expressa pela seguinte fórmula.
Esta fórmula determina a condição de velocidade necessária.
A energia de uma partícula também pode ser maior que sua energia de repouso - estas são chamadas de ultrarelativísticas.
Para descrever o movimento de tais partículas, a mecânica quântica é usada no caso geral e a teoria quântica de campos para uma descrição mais extensa.
Aparência
Partículas semelhantes (tanto relativísticas quanto ultrarelativistas) em sua forma natural existem apenas na radiação cósmica, ou seja, radiação cuja fonte está fora da Terra, de natureza eletromagnética. Eles são criados artificialmente pelo homem.em aceleradores especiais - com a ajuda deles, várias dezenas de tipos de partículas foram encontradas, e esta lista é constantemente atualizada. Tal instalação é, por exemplo, o Grande Colisor de Hádrons localizado na Suíça.
Elétrons que aparecem durante o decaimento β também podem às vezes atingir velocidade suficiente para classificá-los como relativísticos. A massa relativística de um elétron também pode ser encontrada usando as fórmulas indicadas.
O conceito de massa
Massa na mecânica newtoniana tem várias propriedades obrigatórias:
- A atração gravitacional dos corpos decorre de sua massa, ou seja, depende diretamente dela.
- A massa do corpo não depende da escolha do sistema de referência e não muda quando muda.
- A inércia de um corpo é medida pela sua massa.
- Se o corpo está em um sistema em que não ocorrem processos e que é fechado, então sua massa praticamente não muda (exceto pela transferência por difusão, que é muito lenta para sólidos).
- A massa de um corpo composto é composta pelas massas de suas partes individuais.
Princípios da Relatividade
Princípio da relatividade galileu
Este princípio foi formulado para a mecânica não relativística e é expresso da seguinte forma: independentemente de os sistemas estarem em repouso ou fazerem algum movimento, todos os processos neles procedem da mesma maneira.
Princípio da relatividade de Einstein
Este princípio é baseado em dois postulados:
- princípio da relatividade de Galileutambém é usado neste caso. Ou seja, em qualquer CO, absolutamente todas as leis da natureza funcionam da mesma maneira.
- A velocidade da luz é absolutamente sempre e em todos os sistemas de referência a mesma, independentemente da velocidade da fonte de luz e da tela (receptor de luz). Para provar esse fato, vários experimentos foram realizados, que confirmaram totalmente a suposição inicial.
Massa na mecânica relativista e newtoniana
Ao contrário da mecânica newtoniana, na teoria relativista, a massa não pode ser uma medida da quantidade de material. Sim, e a própria massa relativista é definida de uma forma mais extensa, deixando possível explicar, por exemplo, a existência de partículas sem massa. Na mecânica relativista, atenção especial é dada à energia e não à massa - ou seja, o principal fator que determina qualquer corpo ou partícula elementar é sua energia ou momento. O momento pode ser encontrado usando a seguinte fórmula
No entanto, a massa de repouso de uma partícula é uma característica muito importante - seu valor é um número muito pequeno e instável, então as medições são feitas com a máxima velocidade e precisão. A energia de repouso de uma partícula pode ser encontrada usando a seguinte fórmula
- Semelhante às teorias de Newton, em um sistema isolado, a massa de um corpo é constante, ou seja, não varia com o tempo. Também não muda ao passar de um CO para outro.
- Não há absolutamente nenhuma medida de inérciacorpo em movimento.
- A massa relativística de um corpo em movimento não é determinada pela influência das forças gravitacionais sobre ele.
- Se a massa de um corpo é zero, então ele deve se mover na velocidade da luz. O inverso não é verdade - não apenas partículas sem massa podem atingir a velocidade da luz.
- A energia total de uma partícula relativística é possível usando a seguinte expressão:
Natureza da massa
Até algum tempo na ciência acreditava-se que a massa de qualquer partícula é devido à natureza eletromagnética, mas agora se sabe que desta forma é possível explicar apenas uma pequena parte dela - a principal contribuição é feita pela natureza das interações fortes decorrentes de glúons. No entanto, este método não pode explicar a massa de uma dúzia de partículas, cuja natureza ainda não foi elucidada.
Aumento de massa relativístico
O resultado de todos os teoremas e leis descritos acima pode ser expresso em um processo bastante compreensível, embora surpreendente. Se um corpo se move em relação a outro em qualquer velocidade, seus parâmetros e os parâmetros dos corpos internos, se o corpo original for um sistema, mudam. Claro que em baixas velocidades, isso praticamente não será perceptível, mas esse efeito ainda estará presente.
Pode-se dar um exemplo simples - outro correndo contra o tempo em um trem que se desloca a uma velocidade de 60 km/h. Então, de acordo com a fórmula a seguir, o coeficiente de mudança de parâmetro é calculado.
Esta fórmula também foi descrita acima. Substituindo todos os dados nele (para c ≈ 1 109 km/h), obtemos o seguinte resultado:
Obviamente a mudança é extremamente pequena e não altera o relógio de forma perceptível.
