Будь-які механічні процеси в усіх інерціальних СВ відбуваються однаково, тобто жодними механічними дослідами всередині системи не можна встановити, рухається система рівномірно прямолінійно чи перебуває в стані спокою.

В інерціальних СВ виконується класичний закон додавання швидкостей:

швидкість $v$ руху тіла відносно нерухомої СВ дорівнює сумі швидкості $v_1$ руху тіла відносно рухомої СВ і швидкості $v_2$ руху рухомої СВ відносно нерухомої: $v=v_1+v_2$ .

Згідно з класичним законом додавання швидкостей швидкість:

$c_1$ світла, що поширюється в напрямку руху Землі, має дорівнювати:

$c_1=c+\vartheta$ ,

$c=3\cdot10^8$ м/с

$\vartheta=2,96\cdot10^4$ м/с

$c_2$ світла, що поширюється проти напрямку руху Землі, має дорівнювати:

$c_2=c-\vartheta$

$c_3$ світла, що поширюється перпендикулярно до напрямку

руху Землі, має становити:

$c_3=\sqrt{c^2+\vartheta^2}$

Досліди А. Майкельсона й Е. Морлі показали, що швидкість поширення світла в будь-якому випадку є однаковою ( рис.). Це загнало в «глухий кут» провідних фізиків кінця ХІХ — початку ХХ ст., адже одержаний результат суперечив класичному закону додавання швидкостей.

Було зрозуміло, що проблему можна розв’язати тільки на основі нових фізичних уявлень про простір і час. Такі уявлення почали розвиватися ще наприкінці ХІХ ст., а остаточно були сформульовані А. Ейнштейном у роботі «До електродинаміки рухомих тіл». Незалежно один від одного А. Ейнштейн і Ж. А. Пуанкаре сформулювали важливі постулати, які було покладено в основу спеціальної теорії відносності, або релятивістської механіки (від латин. relativus — відносний).

Спеціальна теорія відносності (СТВ) розглядає взаємозв’язок фізичних процесів тільки в інерціальних СВ, тобто в СВ, які рухаються одна відносно одної рівномірно прямолінійно.

Постулати спеціальної теорії відносності

Перший постулат СТВ

В інерціальних СВ всі закони природи однакові.

Другий постулат СТВ

Подія

Швидкість поширення світла у вакуумі однакова в усіх інерціальних СВ. Після швидкості поширення світла другим найважливішим поняттям СТВ є поняття події.

Подія — будь-яке явище, що відбувається в певній точці простору в певний момент часу.

Подія для матеріальної точки вважається заданою, якщо задано координати (x, y, z) місця, де подія відбувається, і час t, коли ця подія відбувається.

У СТВ для визначення відносної швидкості руху тіл застосовують релятивістський закон додавання швидкостей:

$\vartheta_{x}=\frac{\vartheta_{1x}+\vartheta_{2x}}{1+\frac{\vartheta_{1x}\vartheta_{2x}}{c^2}}$

Наслідки постулатів спеціальної теорії відносності

Згідно з теорією відносності має місце Лоренцеве скорочення довжини

$l=l_0\sqrt{1-\frac{\vartheta^2}{c^2}}$

де $l_0$ — довжина стрижня в СВ, відносно якої стрижень перебуває у спокої; $l$ — довжина стрижня в СВ K, відносно якої стрижень рухається.

Спостерігач, відносно якого годинник перебуває у спокої, помітить, що час між двома послідовними відбиттями дорівнює:

$\tau_0=\frac{L_0}{c}$

Час $τ$ , вимірюваний спостерігачем, відносно якого годинник рухається, дорівнює:

$\tau=\frac{\tau_0}{\sqrt{1-\frac{\vartheta^2}{c^2}}}$

Взаємозв'язок маси та енергії

Будь-яке тіло (будь-яка частинка), що має масу, несе із собою запас енергії.

$E=mc^2$

Цю енергію називають енергією спокою.

Зміна енергії тіла прямо пропорційна зміні його маси

$\DeltaЕ=\Delta mc^2$

У випадках, коли тіло (частинка) рухається зі швидкістю, яка набагато менша, ніж швидкість світла , формулу можна записати так:

$E\left(\vartheta\right)=mc^2+\frac{m\vartheta^2}{2}$

Енергія тіла (частинки), що рухається $E=\frac{mc^2}{\sqrt{1-\frac{\vartheta^2}{c^2}}}$

8 з 10 балів

Довжина стрижня відносно нерухомого спостерігача на Землі — 2 м. Якою є власна довжина цього стрижня, якщо він рухається зі швидкістю 0,6 с?
Скористайтесь додатковими джерелами інформації та дізнайтеся, в яких галузях техніки слід обов’язково враховувати ефект уповільнення часу?