Курсова робота
на тему:
"Порівняльний аналіз методик перетворень Галілея в курсі загальної фізики і в курсі елементарної фізики "
Зміст
Введення
1. Ідея відносності в кінематиці
2. Перетворення Галілея
3. Програми
4. Порівняльний аналіз методик
Висновок
Список літератури
Введення
Подання про відносність - одна з найважчих для розуміння ідей природознавства. Уточнимо зміст термінів і зробимо перші кроки до освоєння ідеї відносності стосовно до механічного руху.
Відносний результат - значить залежний від умов спостереження. Не від особистих якостей спостерігача, а саме від умов, в яких він проводить спостереження за явищем. Відомості, отримані спостерігачем, будуть істинними, якщо він правильно виконував всі операції. Але такого ж характеру відомості про те ж самому явищі, отримані іншим спостерігачем, що знаходиться в іншій системі відліку (СВ), будуть теж істинними, але відмінними від результатів першого спостерігача. У цьому сенсі ми і говоримо: такі-то результати є відносними, тобто вірні по відношенню до певної СО, з опису якої спостерігач і повинен починати звіт про своє дослідження.
Механічне рух - відносне явище, принаймні, деякі його сторони. Ми легко побачимо це, розглянувши кілька простих прикладів: В«Книга на столику в купе поїзда нерухома ... В»,В« Сонце сходить і заходить ... В»,В« Автомобіль мчить з скаженою швидкістю ... В». Чи не здаються вам ці твердження дивними? Але ж у них немає вказівки на СО (на відносне простір), з якою ведеться спостереження, хіба що мається на увазі. Яке саме відносне простір мається на увазі? Доповніть твердження так, щоб вони знайшли сенс. Вкажіть також СО, в яких ці твердження стануть зворотними: В«Книга ... рухається ...В», В«Сонце нерухомо ...В», В«АвтомобільВ« шалено В»спочиває ...В». Отже:
1. Механічне рух можна спостерігати тільки відносно інших тіл. Знайти зміну положення тіла, якщо немає з чим порівнювати неможливо.
2. В різних системах відліку фізичні величини (швидкість, прискорення, переміщення і т. д.), що характеризують рух одного і того ж тіла, можуть бути різними.
3. Характер руху, траєкторія руху і т. п. можуть бути різні в різних системах відліку для одного і того ж тіла можуть бути різні.
Перетворення Галілея - найбільш простий і природний перехід з однієї системи відліку в іншу.
1. Ідея відносності в кінематиці
Формування уявлення про механічний рух неможливо без введення поняття про систему відліку. Щоб описати рух тіла, тобто його переміщення в просторі щодо якихось інших тіл, з цими тілами жорстко пов'язують систему координат і годинник для відліку часу.
В класичній механіці Ньютона постулюється існування обраної системи відліку, яка знаходиться в абсолютному спокої. Усяке тіло, яке по відношенню до цієї системи спочиває, знаходиться також в абсолютному спокої, а рух тіл по відношенню до неї є абсолютним рухом.
Гіпотеза про абсолютному просторі до кінця минулого століття значно зміцнилася у зв'язку з успіхами концепції ефіру. Рух по відношенню до ефіру розглядалося як абсолютне. І тільки дослідами Майкельсона і Морлі, негативний результат яких вперше показав неможливість визначити рух щодо ефіру, була розвіяна ілюзія про існування абсолютної системи відліку. Однак у Ньютона абсолютна система відліку не зв'язувалася з яким-небудь нерухомим тілом.
В В«Математичних засадах натуральної філософіїВ» Ньютон писав, що абсолютна простір не може бути предметом спостереження, спостережуваними можуть бути лише відносні положення тіл, так як, можливо, не існує тіла, воістину спочиваючого, щодо якого всі положення і всі рухи інших тіл можна було б відрахувати.
Класичний принцип відносності був сформульований ще на початковому етапі розвитку механіки. У ньому стверджується, що рівномірний і прямолінійний рух системи відліку не може бути виявлено в результаті спостереження в ній механічних явищ. З фізичної точки зору це означає, що поступальний рівномірний і прямолінійний рух системи не робить ніякого впливу на механічні процеси в системі. Усі механічні процеси, що відбуваються всередині такої системи, не залежать від того, спочиває чи ця система як ціле або рухається рівномірно і прямолінійно.
Прямолінійне рівномірний рух, наприклад, теплохода, якщо воно відбувається абсолютно плавно, без поштовхів і прискорень, не робить впливу на що відбуваються на ньому процеси: тіла на ньому будуть рухатися так само, як і в нерухомій системі; пружний удар більярдних куль на спочиваючому і на рівномірно і прямолінійно движущемся теплоходах закінчується розльотом цих куль на один і той же кут; кинуте вгору тіло повернеться в ту ж точку по відношенню до теплохода, з якої воно було кинуто, а не відстане від його руху (не відхилиться в сторону); тіло, кинуте уздовж каюти, досягне протилежної стінки за час, який не залежить від напрямку руху теплохода, і т. д.
Закон нерозрізненості спокою і рівномірного прямолінійного руху носить назву принципу відносності Галілея. Підтверджуваний все новими фактами, він увійшов в фізику так міцно, що став необхідною складовою частиною наукового світогляду.
З принципу відносності руху випливає, перш за все, що координати точки, траєкторія і швидкість відносні, вони залежать від вибору системи відліку.
Разом з тим з класичного принципу відносності випливає також і те, що деякі величини є абсолютними (інваріантними по відношенню до різних систем відліку). Наприклад, відстань між тілами не залежить від того, по відношенню до якій системі відліку ми розглядаємо рух цих тіл. Те ж відноситься і до проміжкам часу між подіями. Прискорення, якщо ми обмежуємося розглядом тільки інерційних або так званих галілеєвих систем відліку, рухаються рівномірно і прямолінійно відносно один одного, теж величина абсолютна. Адже якщо тіло рухається з деяким прискоренням в якійсь одній системі відліку, то його прискорення залишиться таким і в іншій системі, рухомої рівномірно і прямолінійно щодо першої: оскільки сама система рухається без прискорення, то зміна швидкості, яке відбулося біля тіла в першій системі, залишиться таким же і по відношенню до другої системі. Тенісний м'яч, який отримав деяке прискорення щодо теплохода під дією удару ракетки, буде мати таке ж прискорення щодо берегів, так як поступальний рівномірний рух теплохода не впливає на зміну швидкості м'яча. У той же час швидкість тенісного м'яча як відносна величина в цих системах відліку різна в кожний момент часу.
Ми бачимо, що принцип відносності за своїм змістом глибоко діалектичний: поряд з твердження відносності ряду величин і понять він містить і затвердження абсолютності (інваріантності) інших величин. Крім того, в принципі відносності міститься і щось більше - затвердження абсолютності законів динаміки: у всіх інерціальних системах відліку незалежно від їх відносної швидкості всі механічні явища протікають по одним і тим же законам.
У цьому саме і полягає рівноправність цих систем відліку. У той же час явища будуть виглядати в різних системах відліку по-різному, так як в них неоднакові початкові умови: траєкторія крапель води, падаючих в рухомому рівномірно і прямолінійно поїзді, буде по відношенню до поїзда прямовисної прямої, а по відношенню до полотна дороги параболою. [7]
При вивченні кінематики, поки мова йде лише про опис руху, ми не можемо встановити ніякого принципового розходження між різними системами відліку: всі вони рівноправні. Тільки в динаміці при вивченні законів руху виявляється принципове розходження між деякими системами відліку і переваги одного...
