Novi koncepti nastali su u vezi s proučavanjem električnih pojava, ali ih je lakše upoznati ih po prvi put kroz mehaniku. Znamo da se dvije čestice međusobno privlače i da se njihova privlačnosti smanjuje s kvadratom udaljenosti. Možemo prikazati tu činjenicu na jedan način da ćemo to učiniti, iako je teško razumjeti prednosti nove metode. Mali krug na sl. 49 predstavlja atraktivno tijelo, kažu Sunce. Zapravo, naša slika treba biti predstavljena kao model u prostoru, a ne kao crtež na ravnini. Tada bi mali krug bio u sferi sfere koja predstavlja sunce. Tijelo koje ćemo nazvati ispitivanje, objavljeno negdje pored Sunca, privukla će se suncem, a snaga privlačnosti bit će usmjerena duž linije koja povezuje centara oba tijela. Dakle, linije u našoj slici ukazuju na smjer snage atrakcije sunca za različite položaje ispitnog tijela. Strelice na svakoj liniji pokazuju da je sila usmjerena na sunce; To znači da je ta snaga snaga privlačnosti. to polja za napajanje.Iako je samo ime, i nema razloga da se zaustavi na tome. Naš crtež ima jednu karakterističnu značajku koju ćemo pogledati kasnije. Power linije su izgrađene u prostoru gdje nema tvari. Dok su sve vodove, ukratko, poljePrikaži samo kako će se testno tijelo ponašati, smješteno u blizini sfernog tijela za koje je izgrađeno polje.
Linije u našem prostoru su uvijek okomito na površinu sfere. Budući da se odvajaju od jedne točke, oni su gusto smješteni u blizini sfere i sve više se ne slažu jedan od drugoga dok se uklanjaju iz njega. Ako povećamo udaljenost od sfere od dva ili tri puta, gustoća linija u prostorni modelu (ali ne na našoj slici!) Bit će četiri ili devet puta manje. Dakle, linije služe dva cilja. S jedne strane, oni pokazuju smjer sila koje djeluju na tijelo, postavljene u susjedstvu na sferu sunca; S druge strane, gustoća električnih linija pokazuje koliko se snaga mijenja s udaljenosti. Slika polja na slici, ispravno interpretirana, karakterizira smjer sile i njezinu ovisnost o udaljenosti. Ovog uzorka, zakon gravitacije može se čitati, kao i iz opisa svoje djelovanja s riječima ili kao točan i tvrdokorni jezik matematike. to prezentacija poljaKao što to zovemo, može se činiti jasnim i zanimljivim, ali nema razloga misliti da uvođenje znači svaki stvarni napredak. Bilo bi teško dokazati njegov korisnost u slučaju tereta. Možda će netko biti koristan za razmatranje tih linija ne samo uzorak, ali nešto b okolaži i predstavljat će stvarne akcije snaga koje prolaze duž crta. To se može učiniti, ali onda se brzina djelovanja duž električnih linija treba smatrati beskonačno velik. Snaga koja djeluje između dviju tijela prema Zakonu Newtona ovisi samo o udaljenosti; Vrijeme nije uključeno u obzir. Za prijenos snage iz jednog tijela u drugi nema vremena. Ali budući da kretanje s beskonačnom brzinom ne govori ništa za bilo koju razumnu osobu, nadahnjuje pokušaj da naš crtež sve okoriby od modela, ništa ne vodi ništa. Ali ne namjeravamo sada raspravljati o problemu groba. Služila nam je samo uvođenjem koja pojednostavljuje objašnjenje sličnih metoda razmišljanja u teoriji električne energije.
Počinjemo s raspravom o eksperimentu, što je dovelo do ozbiljnih poteškoća u mehanističkim pogledima. Neka imamo aktualnu struju dirigent koji ima oblik kruga. U središtu ovog skretanja je magnetska strelica. U vrijeme trenutnog događaja pojavljuje se nova sila, djelujući na magnetski stup i okomito na liniju koja povezuje žicu i stup. Ova sila uzrokovana punjenjem koja se kreće oko opsega ovisi, kao što je prikazano od strane Roulandskog iskustva, od stope naplate. Ove eksperimentalne činjenice u suprotnosti s uobičajenim izgledom, prema kojem bi sve snage trebale djelovati kroz liniju koja povezuju čestice i mogu ovisiti samo na daljini.
Točan izraz za snagu s kojom je trenutna djela na magnetskom stupu vrlo teška; Zapravo, mnogo je teže izraziti sile gravitacije. Ali možemo pokušati predstaviti svoje postupke kao što smo učinili u slučaju sile. Naše pitanje je: Kakva sila djeluje na magnetskom polu, stavljen negdje u blizini dirigenta, kroz koje struja ide? Bilo bi vrlo teško opisati tu silu s riječima. Čak bi čak i matematička formula bila teška i neugodna. Mnogo je bolje zamisliti sve što znamo o djelovanju sila, koristeći sliku ili, umjesto toga, koristeći prostorni model s vodovima. Neke poteškoće su uzrokovane činjenicom da magnetski stup postoji samo u vezi s drugim magnetskim stupom, formirajući dipol. Međutim, uvijek možemo zamisliti magnetski dipol takve duljine da će biti moguće uzeti u obzir snagu koja djeluje samo na stup, koji se nalazi u blizini struje. Drugi stup se može smatrati tako daljinskim da se snaga koja djeluje na njega ne može uzeti u obzir. Za određenost, pretpostavit ćemo da je magnetski stup, smješten u blizini žice, na kojem su trenutni tokovi pozitivan.
Priroda sile koja djeluje na pozitivnom magnetskom polu može se vidjeti iz Sl. 50. Strelice u blizini žice pokazuju smjer struje od najvišeg potencijala do nižeg.
|
Sve ostale linije - električne linije polja ove struje leže u određenoj ravnini. Ako je crtež pravilno napravljen, ove linije mogu nam dati ideju o smjeru vektora, koji karakterizira učinak struje na pozitivni magnetski stup i duljinu ovog vektora. Moć, kao što znamo, je vektor i da ga odredimo, moramo znati smjer vektora i njezine duljine. Zainteresirani smo za samo pitanje smjera sile koja djeluje na stup. Naše pitanje je: Kako možemo pronaći na temelju slike, smjer sile u bilo kojem trenutku prostora?
Pravilo utvrđivanja smjera sile za takav model nije tako jednostavno kao u prethodnom primjeru, gdje su linije sila bile ravne. Kako bi se olakšalo rasuđivanje, na sljedećoj slici (sl. 51), izvlači se samo jedan linijski liniju. Vektor snage leži na tangenti linije, kako je naznačeno na slici. Strelica vektora energije podudara se u smjeru strelice na električnim linijama. Prema tome, ovaj smjer u kojem silu djeluje na magnetskom polu u ovom trenutku je. Dobar crtež ili ili radije dobar model Nešto nam također govori o duljini vektora energije bilo gdje. Ovaj vektor bi trebao biti duže gdje su linije raspoređene gusto, tj. U blizini vodiča, i kraće mjesto gdje se linije nalaze manje uske, tj. Daleko od vodiča.
Na taj način, električne linije ili, drugim riječima, polje nam omogućuje da odredimo sile koje djeluju na magnetskom polu u bilo kojem trenutku prostora. Iako je to jedino opravdanje za pažljivu gradnju terena. Znajući, što okoizražava polje, razmotrit ćemo s dubljim interesnim linije vezanim za struju. Te su linije suština kruga; Oni okružuju vodič i leže u ravnini okomitoj na ravninu u kojoj se petlja nalazi s strujom. S obzirom na prirodu sile na slici, ponovno smo došli do zaključka da je sila djeluje u smjeru okomitu na bilo koju liniju koja povezuje vodič i stup, za tangenta kruga uvijek je okomita na njegov radijus. Sva naše znanje o djelovanju snaga koje možemo sažeti u izgradnji polja. Uvodimo koncept polja zajedno s konceptima sadašnjeg i magnetskog stupa kako bismo jednostavno podnijeli trenutne sile.
|
Bilo koja struja je povezana s magnetskim poljem; Drugim riječima, na magnetskom polu, smještene u blizini vodiča, prema kojem trenutne tokove, neka snaga uvijek djeluje. Napomena u prolazu da ova trenutna nekretnina omogućuje nam da izgradimo osjetljivi uređaj za otkrivanje struje. Nakon što je jednom naučio prepoznati karakter magnetskih sila iz modela polja povezanih s strujom, uvijek ćemo nacrtati polje oko dirigenta kroz koje sadašnje teče da se pokaže djelovanje magnetskih sila u bilo kojem trenutku prostora. Kao prvi primjer, smatramo tzv. Solenoid. To je žičana spiralna, kao što je prikazano na Sl. 52. Naš zadatak je studirati uz pomoć iskustva sve što možete znati o magnetskom polju povezanom s trenutnom strujom od strane solenoida, i kombinirati te znanje u konstrukciji na terenu. Crtež nam predstavlja rezultat. Zakrivljene snage su zatvorene; Oni okružuju solenoid, karakterizirajući magnetsko polje struje.
Polje formirano magnetskom šipkom može biti predstavljen kao isti put kao i trenutno polje. Sl. 53 to pokazuje. Vodene linije usmjerene su iz pozitivnog stupa na negativ. Vektor snage uvijek leži na tangenti linije snage i najveći je blizu stupa, jer se električne linije nalaze najutro na ovim mjestima. Vektor snage izražava djelovanje magneta na pozitivnom magnetskom stupu. U ovom slučaju, magnet, a ne struja je "izvor" polja.
Trebate pažljivo usporediti posljednje dvije slike. U prvom slučaju, imamo magnetsko polje struje teče solenoidom, u drugom - području magnetske šipke. Nećemo obratiti pozornost na solenoid i štap te razmotriti samo vanjska polja, oni su stvoreni. Odmah primjećujemo da su potpuno isti; U oba slučaja, električne linije idu s jednog kraja - solenoid ili šipku - na drugu.
Ideja o polju donosi svoje prvo voće! Bilo bi vrlo teško vidjeti bilo koju naglašenu sličnost između trenutne struje od solenoida i magnetske šipke, ako se ne nađe u strukturi polja.
Koncept polja sada može biti podvrgnut mnogo ozbiljniji test. Uskoro ćemo vidjeti je li to više od nove prezentacije sadašnjih snaga. Mogli bismo reći: Recimo minutu da je polje, i samo to karakterizira na isti način na koji je sva djelovanja određena njezinim izvorom. Ovo je samo pretpostavka. To bi značilo da ako solenoid i magnet imaju isto polje, onda bi sva njihova djela također trebala biti ista. To bi značilo da se dva solenoida za koje električne struje teče, ponašaju se kao dvije magnetske šipke; Ono što privlače ili odbijaju jedni druge ovisno o njihovom međusobnom položaju potpuno je isti kao što se odvija u slučaju magnetskih štapova. To bi također značilo da solenoid i štap privlače i odbijaju jedni druge na isti način kao i dvije šipke. Ukratko, to bi značilo da su sve akcije solenoida, prema kojima su trenutne tokove i djelovanje odgovarajuće magnetske šipke isti, budući da je polje bitno, a polje u oba slučaja ima isti karakter. Eksperiment u potpunosti potvrđuje našu pretpostavku!
Koliko bi bilo teško predvidjeti te činjenice bez koncepta polja! Izraz za silu koja djeluje između vodiča kroz koju postojeći tokovi i magnetski stup je vrlo težak. U slučaju dva solenoida, morali bismo istražiti sile s kojima se obje struje djeluju međusobno. Ali ako to učinimo uz pomoć polja, odmah određujemo prirodu svih tih akcija, čim se otkriva sličnost između polja solenoida i polja magnetskog štapića.
Imamo pravo vjerovati da je polje nešto više nego što smo isprva mislili. Svojstva samog polja su neophodna za opis fenomena. Razlika u izvorima polja je beznačajna. Vrijednost koncepta polja nalazi se u tome što dovodi do novih eksperimentalnih činjenica.
Polje se ispostavlja kao vrlo koristan koncept. To je nastao kao nešto postavljeno između izvora i magnetske strelice kako bi opisao trenutnu silu. Razmišljali su o tome kao "agent" struje kroz koji su provedene sve akcije struje. Ali sada agent djeluje i kao prevoditelja, prevođenje zakona na jednostavan, jasan, lako razumljiv jezik.
Prvi uspjeh opisa korištenjem polja pokazao je da može biti prikladan za razmatranje svih akcija struja, magneta i naknada, tj. Pregledavanje ne izravno, ali koristeći polje kao prevoditelja. Polje se može promatrati kao nešto uvijek povezano s strujom. Postoji, čak i ako ne postoji magnetski stup, s kojim možete otkriti njegovu prisutnost. Pokušat ćemo dosljedno slijediti ovaj novi vodič.
|
Polje naplaćenog vodiča može se unijeti na gotovo na isti način kao i polje ili trenutno ili magnetsko polje. Ponovno uzmite najjednostavniji primjer. Da bismo nacrtali polje pozitivno nabijene sfere, moramo postaviti pitanje: kakvu vrstu sile djeluju na malu pozitivno nabijenog suđenog tijela, smještene u blizini izvora polja, tj. U blizini optužene sfere? Činjenica da uzimamo pozitivno, a ne negativno nabijenog probnog tijela, je jednostavan ugovor koji određuje kako bi trebalo privući strelice crte snage. Ovaj model (sl. 54) sličan je području težine zbog sličnosti zakona Coulomba i Newtona. Jedina razlika između oba modela je da se strelice nalaze u suprotnim smjerovima. U stvari, dva pozitivna naboja se odbijaju i privlače se dvije mase. Međutim, polje sfera s negativnim nabojem (sl. 55) bit će identično području gravitacije, budući da će mali pozitivni test naplatiti izvor polja.
Ako je električni naboj, i magnetski stup je sam, onda ne postoji interakcija između njih - ni atrakcija, bez odbojnosti. Izražavanje takve činjenice na jeziku polja, možemo reći: elektrostatičko polje ne utječe na magnetostatski i obrnuto. Riječi "statično polje" znači da govorimo o polju koje se ne mijenja tijekom vremena. Magneti i troškovi uvijek mogu ostati jedni drugima ako nijedna vanjska sila ne krši njihovo stanje. Elektrostatički, magnetostatički i gravitacijski polja su različiti u prirodi. Oni ne miješaju: svaki zadržava svoju individualnost bez obzira na druge.
Vratimo se na električnu sferu, koja je do sada bila sama i pretpostavimo da je došla u kretanje zbog djelovanja neke vanjske sile. Naplaćena sfera se kreće. Na jeziku polja, ovaj izraz znači: polje električnog naboja varira s vremenom. No, kretanje ove nabijene sfere je ekvivalentno struji, kao što to već znamo iz iskustva Rowlanda. Zatim je svaka struja popraćena magnetskom poljem. Dakle, lanac naših zaključaka je:
Charge Promet → Električna promjena
Trenutno → magnetsko polje povezano s strujom.
Stoga zaključujemo:
Promjena električno poljePomaknuta kretanjem naboja uvijek je popraćena magnetskom poljem.
Naš zaključak se temelji na Erstedovom iskustvu, ali sadrži nešto više. Sadrži prepoznavanje da je veza električnog polja s vremenom, s magnetskim poljem vrlo značajno za naše daljnje zaključke.
Budući da naboja ostaje sama, postoji samo elektrostatičko polje. Ali čim se naknada pokrene, pojavljuje se magnetsko polje. Možemo reći više. Magnetsko polje uzrokovano prometom će biti jači od naplate i brže se kreće. To je također zaključak iz iskustva Rowlanda. Upotrebom polja, možemo reći: brže se električno polje mijenja, što je magnetsko polje popravlja.
Pokušat ćemo prevesti poznate činjenice na nas s jezika teorije tekućine, razvijene prema starim mehanističkim pogledima, na novo polje polja. Kasnije ćemo vidjeti kako je naš novi jezik poučan i sveobuhvatno.
Relativnost i mehanika
Teorija relativnosti s nužnošću proizlazi iz ozbiljnih i dubokih kontradikcija u staroj teoriji, od kojih se činilo da nema izlaza. Sila nova teorija Sastoji se u dosljednosti i jednostavnosti s kojom dopuštaju sve te poteškoće koristeći samo nekoliko vrlo uvjerljivih pretpostavki.
Iako je teorija nastala iz terenskog problema, trebalo bi pokriti sve fizičke zakone. Čini se da se poteškoća pojavljuje. Zakoni polja, s jedne strane i zakoni mehaničara - s druge strane, imaju potpuno drugačiji karakter. Jednadžbe elektromagnetske polja su nepromjenjiva s obzirom na lorentz transformacije, a jednadžbe mehanike su nepromjenjivo u odnosu na klasične transformacije. Međutim, teorija relativnosti zahtijeva da su svi zakoni prirode invarijantni u odnosu na Lorentz, a ne klasične transformacije. Potonji su samo poseban, granični slučaj lorentz transformacija, kada su relativne brzine oba koordinatne sustave vrlo male. Ako je tako, tada bi se klasična mehanika trebala mijenjati kako bi se to koordinirala sa zahtjevom invarijancije s obzirom na lorentz transformacije. Ili, drugim riječima, klasična mehanika ne može biti poštena ako se brzina približava brzini svjetlosti. Prijelaz s jednog koordinatnog sustava na drugi može se provesti samo jedini način - kroz transformacije Lorentza.
Klasična mehanika nije bila teško promijeniti tako da ne u suprotnosti s teorijom relativnosti, niti materijalom dobiven promatranjem i objašnjava klasičnom mehanikom. Stari mehaničar vrijedi za male brzine i oblikuje događaj nove mehanike.
Zanimljivo je razmotriti bilo koji primjer promjene klasične mehanike, što čini teoriju relativnosti. Možda će nas dovesti do nekih zaključaka koji se mogu potvrditi ili opovrgnuti eksperimentom.
Pretpostavimo da tijelo ima određene masovne poteze duž linije i izložena je vanjskoj sili koja djeluje u smjeru kretanja. Moć, kao što znamo je proporcionalna promjeni brzine. Ili za reći jasnije, ne bitno je li ovo tijelo povećava brzinu u jednoj sekundi od 100 do 101 metara u sekundi, ili od 100 kilometara do 100 kilometara i jedan metar u sekundi, ili od 300.000 kilometara do 300.000 kilometara i jedan metar po drugi. Sila potrebna za komunikaciju s ovim tijelom bilo koje specifične promjene brzine uvijek je ista.
Je li to situacija u smislu teorije relativnosti? Ni na koji način! Ovaj zakon je pošteno samo za male brzine. Koja je teorija relativnosti, zakon za velike brzine približava brzini svjetlosti? Ako je brzina velika, potrebno je iznimno mnogo snage za povećanje. Nisu uopće uopće - povećati jedan metar u sekundi, brzina jednaka oko 100 m / s, ili brzina koja se približava svjetlu. Bliže brzinu na brzinu svjetlosti, to je teže povećati. Kada je brzina jednaka brzini svjetla, već je nemoguće dalje povećati. Dakle, novi, što čini teoriju relativnosti, nije nevjerojatna. Brzina svjetla je gornja granica za sve brzine. Nema krajnje sile, kao da je veća, to jest, ne može uzrokovati povećanje brzine u odnosu na to ograničenje. Na mjestu starog zakona mehanike koji vežu čvrstoću i promjenu brzine, pojavljuje se složeniji zakon. Od našeg novog stajališta, klasična mehanika je lakše jer gotovo u svim opažanjima bavimo se brzinama, značajno manjim od brzine svjetlosti.
Tijelo za kosinje ima određenu masu, takozvani misa odmora.Znamo iz mehaničara da se svako tijelo oduzima mijenjanje pokreta; Što je veća masa, jači otpor i manja težina, slabije otpor. Ali u teoriji relativnosti, imamo nešto više. Tijelo je otporno na promjenu jača nego ne samo u slučaju kada postoji više odmora, ali i kada je njegova brzina veća. Tijelo čije bi se brzine približile brzini svjetlosti, imala bi vrlo snažnu otpornost na vanjske sile. U klasičnom otporu mehanika ovo tijelo Uvijek postoji nešto nepromijenjeno, karakterizirano samo masom. U teoriji relativnosti, to ovisi o masi odmora i od brzine. Otpornost postaje beskonačno velika jer se brzina približava brzini svjetlosti.
Navedeni zaključci samo dopuštaju nam da podmirimo teoriju eksperimentalne provjere. Jesu li školjke koje se kreću s brzinama blizu brzine svjetlosti, otpornosti na djelovanje vanjske sile dok predviđa teoriju? Budući da se ta stajališta teorije relativnosti izgovaraju u obliku kvantitativnih odnosa, mogli bismo potvrditi ili opovrgnuti teoriju ako smo imali školjke kreće s brzinama blizu brzine svjetlosti.
Stvarno se nalazimo u prirodi školjaka koji se kreću s takvim brzinama. Atomi radioaktivne tvari, na primjer, radij, djeluju kao baterija, koji pucaju projektili koji se kreću s ogromnim brzinama. Ne unošenje pojedinosti, možemo naznačiti samo jedan od najvažnijih stavova moderne fizike i kemije. Sva tvar u svijetu konstruirana je od elementarnih čestica, čiji je broj sorti mali. Ovako, u jednom gradu zgrade je različit u veličini, dizajnu i arhitekturi, ali na izgradnji svih njih, od kolibe do nebodera, cigle se koriste samo vrlo malo sorti, isti u svim zgradama. Dakle, svi poznati kemijski elementi našeg materijalnog svijeta - od najlakšeg vodika na najteži uran - izgrađeni su od iste vrste cigli, tj istog vrste elementarnih čestica. Najteži elementi su najteže zgrade - nestabilne, a oni se raspadaju, ili, kako kažemo, oni su radioaktivni. Neke opeke, tj. elementarne česticeOd kojih se sastoje radioaktivni atomi, ponekad emitiraju s vrlo velikim brzinama blizu brzine svjetlosti. Atom elementa, recimo radij, prema našim modernim pogledima, potvrđeni brojnim eksperimentima, ima složenu strukturu, a radioaktivni propadanje je jedan od onih pojava u kojima je atom izgrađen od jednostavnijih cigli - elementarnih čestica.
Uz pomoć vrlo duhovitih i složenih eksperimenata, možemo otkriti kako se čestice odupire djelovanju vanjske sile. Eksperimenti pokazuju da otpor ovih čestica ovisi o brzini, a kao što je predviđena teorijom relativnosti. U mnogim drugim slučajevima, gdje je bilo moguće otkriti ovisnost otpora od brzine, uspostavljen je potpuni sporazum između teorije relativnosti i eksperimenta. Još jednom vidimo bitne značajke kreativnog rada u znanosti: predviđanje određenih činjenica teorije i potvrde po eksperimentu.
Ovaj rezultat dovodi do daljnje važne generalizacije. Tijelo za odmor ima masu, ali nema kinetičku energiju, tj. Energiju pokreta. Moving tijelo ima masu i kinetičku energiju. Otporit je promjenu brzine jači od tijela za odmor. Čini se da je kinetička energija Čini se da kreće tijelo povećava svoj otpor. Ako dva tijela imaju istu masu odmora, tijelo s većom kinetičkom energijom otporno djelovanje vanjske čvrstoće jači.
Zamislite okvir ispunjen kuglicama; Neka kutija i loptice odmaraju u našem koordinatnom sustavu. Da biste ga pokrenuli za povećanje brzine, potrebna je neka čvrstoća. No, hoće li ova moć proizvesti istu sve veću brzinu u istom vremenskom razdoblju ako će se loptice u kutiji brzo kretati u svim smjerovima, kao što su molekule u plinu, sa srednjim brzinama blizu brzine svjetlosti? Sada će biti potrebno okoenergija, budući da povećana kinetička energija lopti povećava otpornost ladice. Energija, u svakom slučaju, kinetička energija, odupire kretanje kao i teška masa. Je li to istina za sve vrste energije?
Teorija relativnosti, na temelju svojih osnovnih odredbi, daje jasan i uvjerljiv odgovor na ovo pitanje, odgovor je opet kvantitativan: svaka energija odupire promjenu kretanja; Sva energija se ponaša kao tvar; Komad željeza teži više kada je crveno za vruće, nego kad je hladno; Zračenje koje emitira sunce i prolazi kroz prostor sadrži energiju i stoga ima masu; Sunce i sve zračne zvijezde gube na težini zbog zračenja. Ovaj zaključak je u potpunosti općenito u prirodi, važno je postizanje teorije relativnosti i zadovoljava sve činjenice koje su privukle provjeriti.
Klasična fizika dopuštala je dvije tvari - supstanca i energija. Prva težina bila je težina, a drugi je bio mučnina. U klasičnoj fizici imali smo dva zakona o očuvanju: jedan - za tvar, drugi - za energiju. Već smo postavili pitanje hoće li moderno fizika zadržati ovaj pogled na dvije tvari i dva očuvanog prava. Odgovor je: ne. Prema teoriji relativnosti, ne postoji značajna razlika između mase i energije. Energija ima masu, a masa je energija. Umjesto dva zakona o očuvanju, imamo samo jedan: zakon održavanja masovne energije. Ovaj novi izgled bio je vrlo plodan u daljnji razvoj Fizika.
Kako se to dogodilo da je činjenica da energija ima masu, a masa je energija, tako dugo je ostala nepoznata? Su vagali komad grijanog željeza više od komada hladnoće? Sada odgovaramo "da", ali prije nego što su odgovorili "ne". Stranice koje leže između ova dva odgovora, naravno, ne mogu sakriti ovu kontradikciju.
Poteškoće koje stoje ispred nas, istim redoslijedom koji smo se upoznali i prije. Promjena mase predviđene teorije relativnosti je neizmjerno, ne može se detektirati izravnim vaganjem čak i uz vrlo osjetljive vage. Dokaz o tome što energija nije mučnina može se dobiti mnogim uvjerljivim, ali neizravnim putovima.
Razlog za taj nedostatak izravnih dokaza sastoji se u vrlo malu vrijednost razmjene između tvari i energije. Energija u odnosu na masu slična je otežanoj valuti u odnosu na valutu visoke vrijednosti. Jedan primjer će biti jasno. Količina topline koja može okretati 30 tisuća tona vode u parove bi težak oko jedan gram. Energija tako dugo razmišljanja o bestensnom samo zato što je masa koja je odgovorila bila premala.
Stara energetska tvar je druga žrtva teorije relativnosti. Prvi je bio medij u kojem se širi svjetlosni valovi.
Učinak teorije relativnosti ide daleko izvan problema s kojih je nastao. Uklanja poteškoće i kontradikcije teorije polja; Ona formulira općenitije mehaničke zakone; Ona zamjenjuje dva zakona o očuvanju; Mijenja naš klasični apsolutni koncept vremena. Njegova vrijednost nije ograničena na sferu fizike; Ona tvori zajedničku exa pokriva sve fenomene prirode.
Spatio-vremenski kontinuum
"Francuska revolucija započela je u Parizu 14. srpnja 1789." Ova ponuda ima mjesto i vrijeme događanja. Onaj koji prvi put čuje ovu izjavu i tko ne zna što paris znači, bilo bi moguće reći: ovo je grad na našoj zemlji, koji se nalazi na 2 ° istočnoj dužini i 49 ° sjeverne širine. Dva broja bi se tada odredila mjesto, a 14. srpnja 1789. - vrijeme u kojem se dogodio događaj. U fizici, točna karakteristika kada i gdje se događaj dogodio je iznimno važan, mnogo važnije nego u povijesti, budući da ti brojevi čine osnovu kvantitativnog opisa.
Radi jednostavnosti, smatramo samo pokretom ravno. Naš koordinatni sustav bio je čvrsta šipka s početkom, ali bez kraja. Spremite ovu granicu. Napomena na raznim točkama šipke; Položaj svakog od njih može se karakterizirati samo jednim brojem - koordinatna točka. Rekavši da je koordinata točke 7.586 m, mi znači da je njegova udaljenost od početka štapa 7,586 m. Naprotiv, ako mi netko postavi bilo koji broj i jedinicu mjere, uvijek mogu naći točku na štapiću odgovara tom broju. Vidimo da svaki broj odgovara određenoj točki na štap, a svaka točka odgovara određenom broju. Ta je činjenica izražena matematičarima u sljedećoj rečenici:
Sve točke šipke formiraju jednodimenzionalni kontinuum.
Onda postoji točka, koliko je blizu ove točke štapa. Možemo povezati dvije daljinske točke na štapu u blizini segmenata koji se nalazi jedan po jedan, od kojih je svaki mali. Dakle, činjenica da se ovi segmenti koji vežu udaljene točke mogu uzeti kao mali kao mali, je karakteristika kontinuuma.
Uzmite još jedan primjer. Neka imamo avion ili ako želite nešto specifičnije, površina pravokutnog tablice (sl. 66). Položaj točke na ovoj tablici može se karakterizirati s dva broja, a ne jedan, kao i prije. Dva brojeva bit udaljenosti od dva okomita rubova stola. Ne jedan broj, a par brojeva odgovara svakoj točki ravnine; Svaki par brojeva odgovara određenoj točki. Drugim riječima, zrakoplov je dvodimenzionalni kontinuum.Onda postoje bodovi, proizvoljno blizu ove točke ravnine. Dvije udaljene točke mogu biti vezane krivuljom podijeljenom u segmente, proizvoljno male. Dakle, proizvoljna malutost segmenata sekvencijalno slaganje na krivulji koja povezuje dvije udaljene točke, od kojih se svaki može odrediti s dva broja, opet je karakteristika dvodimenzionalnog kontinuuma.
|
Još jedan primjer. Zamislite da želite kao koordinatni sustav razmotriti vašu sobu. To znači da želite bilo koji položaj tijela da odredi u odnosu na zidove sobe. Položaj središta svjetiljke, ako se može opisati u tri broja: dva od njih određuju udaljenost od dva okomita zida, a treći je udaljenost od poda ili stropa. Svaka točka prostora odgovara tri specifične brojeve; Svaka tri broja odgovara određenoj točki u prostoru (sl. 67). To je izraženo ponudom:
Naš prostor je trodimenzionalni kontinuum.
Postoje točke koje su vrlo blizu svakog specifikatora. I opet, proizvoljna malutost linije segmenata koji povezuju daljinske točke, od kojih je svaki predstavljen s tri broja, postoji karakteristika trodimenzionalnog kontinuuma.
Ali sve se to teško odnosi na fiziku. Da biste se vratili na fiziku, morate uzeti u obzir kretanje čestica materijala. Istražiti i predvidjeti fenomene u prirodi, potrebno je uzeti u obzir ne samo mjesto, nego i vrijeme fizičkih događanja. Ponovno uzmite jednostavan primjer.
Malo šljunak koji uzimaju česticu koja pada s tornja. Pretpostavimo da je visina kule jednaka 80 m. Od vremena Galileja, možemo predvidjeti koordinate kamena tijekom proizvoljnog trenutka vremena nakon početka pada. U nastavku je "raspored", približno opisujući položaj kamena nakon 1, 2, 3 i 4 sekunde.
U našem "rasporedu" registrirano je pet događaja, od kojih je svaki predstavljen s dva broja - vrijeme i prostornu koordinatu svakog događaja. Prvi događaj je početak kretanja kamena s visine od 80 m od zemlje u vrijeme kada je jednaka nuli. Drugi događaj je slučajnost kamena s marker na šipki na visini od 75 m od tla. To će biti označeno nakon jedne sekunde. Posljednji događaj je udarac kamenma zemlje.
Zatim nacrtajte dvije okomitu linije; Jedan od njih, recimo horizontalni, nazovite vrijeme okoy osi, vertikalna - prostorna os. Odmah vidimo da naš "raspored" može biti predstavljen s pet bodova u Spatio-vrijeme okoravnina (sl. 69).
Udaljenosti točaka iz prostorne osi su koordinate vremena navedene u prvom stupcu "rasporeda", a udaljenost od vremena okoosovina je njihova prostorna koordinata.
|
Ista veza se izražava na dva načina - koristeći "Raspored" i bodova na ravnini. Može se graditi od druge. Izbor između ove dvije ideje je samo okus, jer su u stvarnosti jednako ekvivalentni.
Sada uzimamo još jedan korak. Zamislite poboljšani "raspored", odredbe ne za svaku sekundu, ali recimo, za svaku stanicu ili tisućiti dio sekunde. Tada ćemo imati mnogo bodova u našem prostorno vrijeme okoavion. Konačno, ako je položaj dao za svaki trenutak ili, kao što je matematika kažu, ako se prostorna koordinata daje kao funkcija vremena, kombinacija točaka postaje kontinuirana linija. Stoga, naš sljedeći crtež (sl. 70) daje fragmentarne informacije, kao i prije i potpunu sliku kretanja kamena.
Pokret duž čvrste šipke (toranj), tj. Pokret u jednodimenzionalnom prostoru prikazan je ovdje u obliku krivulje u dvodimenzionalnom prostoru-vrijeme okom kontinuum. Svaka točka u našem prostorno vrijeme okom kontinuum odgovara par brojeva, od kojih je jedan proslavlja vrijeme w.yu i drugo - prostornu koordinatu. Naprotiv, određena točka u našem prostorno vrijeme okom kontinuum odgovara nekom paru brojeva koji karakteriziraju događaj. Dvije susjedne točke su dva događaja koja su se dogodila na mjestima blizu jedni drugima, te u trenucima vremena, neposredno prateći jedni druge.
Možete se raspravljati protiv naše metode prezentacije na sljedeći način: Malo značenje je predstavljanje vremena segmenata i mehanički spojiti s prostorom, formirajući dvodimenzionalni kontinuum dvajudimenzionalnog kontinuuma. Ali onda ćete morati biti ozbiljno prosvjed protiv svih grafikona koji predstavljaju, na primjer, promjenu temperature u New Yorku tijekom posljednjeg ljeta, ili protiv grafova koji prikazuju promjenu troškova života u posljednjih nekoliko godina, od svakog ovih slučajeva se koristi ista metoda. U temperaturnim grafikonima, kontinuum jednodimenzionalne temperature povezuje se s jednodimenzionalnim vremenom sm kontinuum na dvodimenzionalnoj temperaturi i privremenom kontinuumu.
Vratimo se na česticu koja pada s 80 metara tornja. Naš grafički obrazac kretanja je koristan ugovor, jer nam omogućuje da okarakterizira položaj čestice u bilo kojem proizvoljnom trenutku vremena. Znajući kako se čestica kreće, želimo ponovno prikazati njezino kretanje. To možete učiniti na dva načina.
Podsjetite sliku čestica koje mijenjaju svoj položaj s vremenom u jednodimenzionalnom prostoru. Mi opisujemo kretanje kao niz događanja u jednodimenzionalnom prostornoj kontinuumu. Ne miješamo vrijeme i prostor primjenom dinamičanslika u kojoj odredbama promijenitis vremenom.
Ali možete opisati isto kretanje drugog. Možemo se formirati statičkislika, s obzirom na krivulju u dvodimenzionalnom prostoru-vrijeme okom kontinuum. Sada se kretanje vide kao nešto navedeno, postojeće u dvodimenzionalnom prostoru-vrijeme okom kontinuum, a ne kao nešto, mijenja se u jednodimenzionalnom prostornoj kontinuumu.
Obje ove slike su potpuno jednake, a preferencija jednog od njih pred drugim postoji samo pitanje sporazuma i okusa.
Činjenica da se kaže da se dvije slike kretanja ne odnosi na teoriju relativnosti. Oba prikaza mogu se koristiti s istim pravom, iako je klasična teorija prilično poželjna dinamička slika opisa pokreta kao što se događa u prostoru, statična slika koja ga opisuje u prostoru-vrijeme. Ali teorija relativnosti promijenila je ovaj izgled. Jasno je izabrala statičku sliku i pronađena u ovom prikazu pokreta kao što postoji u prostoru-vrijeme, prikladniju i objektivniju sliku stvarnosti. I dalje moramo odgovoriti na pitanje zašto su te dvije slike ekvivalentne sa stajališta klasične fizike i nisu ekvivalentne u smislu teorije relativnosti. Odgovor će biti jasan ako ponovno razmotrimo dva koordinatna sustava koji se kreću ravno i ravnomjerno u odnosu na drugo.
Prema klasičnoj fizici, promatrači u oba sustava koji se kreću ravno i ravnomjerno u odnosu na druge naći će različite prostorne koordinate za isti događaj, ali u isto vrijeme w.koordinirati. Dakle, u našem primjeru, štrajk zemlje Zemlje karakterizira naš izbor vremenskog koordinatnog sustava okokoordiniraj 4 i prostorna koordinata 0. Prema klasičnoj mehanici, promatrači se kreću ravno i ravnomjerno u odnosu na odabrani koordinatni sustav, otkrit će da će kamen doći do zemlje kasnije nakon četiri sekunde nakon početka pada. Ali svaki od promatrača povezuje udaljenost do koordinatnog sustava, a oni će, općenito govoreći, vezati razne prostorne koordinate s događajem sudara, iako vrijeme aliisto ću koordinirati za sve ostale promatrače koji se kreću ravno i ravnomjerno u odnosu na drugo. Klasična fizika poznaje samo "apsolutno" vrijeme, trenutni za sve promatrače. Za svaki koordinatni sustav, dvodimenzionalni kontinuum može se razbiti u dva jednodimenzionalna kontinuirana i prostora. Zahvaljujući "apsolutnom" karakteru vremena, prijelaz iz "statičkog" na "dinamičnu" sliku pokreta ima objektivno značenje u klasičnoj fizici.
Ali već smo bili sigurni da se klasične transformacije ne mogu primijeniti u fizici u općem slučaju. S praktične točke gledišta, oni su još uvijek prikladni za male brzine, ali nisu prikladni za potkrijepljenje temeljnih fizičkih pitanja.
Prema teoriji relativnosti, trenutak sudara kamena s tlom neće biti isti za sve promatrače. I vrijeme alii, i prostorna koordinata bit će različita u dva različiti sustavi koordinate i vrijeme promjene okokoordinate će biti vrlo vidljiva ako se relativna brzina sustava približava brzini svjetlosti. Dvodimenzionalni kontinuum ne može se razbiti u dva jednodimenzionalna kontinuum, kao u klasičnoj fizici. Ne možemo razmotriti prostor i vrijeme odvojeno kada se definiraju prostorno vrijeme sx koordinira u drugom koordinatnom sustavu. Odvajanje dvodimenzionalnog kontinuuma u dva jednodimenzionalna je u smislu teorije relativnosti proizvoljnim procesom koji nema objektivno značenje.
Sve što smo upravo rekli nije teško sažeti za slučaj kretanja, ne ograničavajući se na ravnu liniju. Zapravo, opisati događaje u prirodi, ne primjenjuju se ne dva, već četiri broja. Fizički prostor, shvaćen kroz objekte i njihove pokrete, ima tri dimenzije, a pozicije objekata karakteriziraju tri broja. Trenutak događaja je četvrti. Svaki događaj odgovara četiri specifične brojeve; U nekim četiri broja, određeni događaj odgovara određenom događaju. Stoga se svijet događaji čini Četverodimenzionalni kontinuum.Ne postoji ništa mistično, a posljednja rečenica jednako je poštena i za klasičnu fiziku i za teoriju relativnosti. I opet se razlika otkriva samo kada se tretiraju dva koordinata, kreću se u odnosu na drugo. Neka se soba kreće, a promatrači unutar i izvan njega određuju prostorno vrijeme se koordinate istih događaja. Navijač klasične fizike razbija četverodimenzionalni kontinuum na trodimenzionalnom prostoru i jednodimenzionalnom vremenu okou kontinuumu. Stari fizičar brine samo o transformaciji prostora, jer je vrijeme za to apsolutno. Ona pronalazi cijepanje trodimenzionalnog globalnog kontinuuma u prostor i vrijeme prirodno i udobno. Ali sa stajališta teorije relativnosti, vremena, kao i prostora, mijenja se tijekom tranzicije s jednog koordinatnog sustava u drugi; U ovom slučaju, lorentz transformacije izražavaju transformacijska svojstva četverodimenzionalnog prostorno vrijeme okokontinuum - naš četverodimenzionalni svijet događanja.
Svijet događaja može se dinamički opisati koristeći sliku koja se razlikuje u vremenu i skicirana na pozadini trodimenzionalnog prostora. Ali također se može opisati statičkom slika nadimljena na pozadini trodimenzionalnog prostora-vrijeme okokontinuum. Sa stajališta klasične fizike, obje slike, dinamične i statičke, ekvivalentne. Ali sa stajališta teorije relativnosti, statična slika je prikladnija i objektivnija.
Čak iu teoriji relativnosti, još uvijek možemo koristiti dinamičnu sliku, ako to radije. Ali moramo se sjetiti da ova podjela neko vrijeme i prostor nema objektivnu točku, jer vrijeme više nije "apsolutno". Tada ćemo i dalje koristiti "dinamičan", a ne "statički" jezik, ali uvijek ćemo uzeti u obzir njegove ograničenja.
Opća teorija relativnosti
Ostaje da sazna drugi trenutak. Još nije riješen jedno od temeljnijih pitanja: postoji li inercijalni sustav? Naučili smo nešto o zakonima prirode, njihovom invarijantu prema lorentz transformacijama i njihovoj pravdi u svim inercijalnim sustavima koji se kreću ravno i ravnomjerno u odnosu na drugo. Imamo zakone, ali ne znamo da je "referenca" na koju treba pripisati.
Da biste saznali više o tim poteškoćama, razgovarajte s fizikom koji stoji u položaju klasične fizike i pitajte ga neka jednostavna pitanja.
Što je inercijalni sustav?
To je koordinatni sustav u kojem su zakoni mehaničara pravedni. Tijelo koje vanjske sile ne djeluju, kreće se u tako sustavu ravno i ravnomjerno. Ova nekretnina omogućuje nam da stoga razlikuju inercijski koordinatni sustav od bilo kojeg drugog.
Ali što to znači da nema vanjskih sila na tijelu?
To jednostavno znači da se tijelo pomiče ravno i ravnomjerno u inercijskom koordinatnom sustavu.
Ovdje možete ponovno postaviti pitanje: "Što je inercijalni koordinatni sustav?" Ali zato što postoji malo nade da ću dobiti odgovor osim gore navedenog, pokušat ćemo postići određene informacije promjenom pitanja.
Je li sustav koji je čvrsto povezan s kopnom, inercijalnom?
Ne, jer zakoni mehaničara nisu strogo pošteni na Zemlji zbog rotacije. Koordinatni sustav, strogo povezan s suncem, može se smatrati inercija pri rješavanju mnogih problema, ali kada govorimo o rotaciji sunca, ponovno ćemo zaključiti da se koordinatni sustav ne smatra strogo povezanim s njom.
Tada je točno vaš inercijski koordinatni sustav i kako bih trebao odabrati stanje njegovog pokreta?
Ovo je samo korisna fikcija, i nemam pojma kako ga provesti. Kad bih samo mogao biti izoliran iz svih materijalnih tijela i slobodno se oslobodite svih vanjskih utjecaja, moj koordinatni sustav bio bi inercijski.
Ali što mislite, govoreći o koordinatnom sustavu bez svih vanjskih utjecaja?
Mislim da je koordinatni sustav inercijalan. Vratili smo se na naše početno pitanje! Naš razgovor otkriva ozbiljne poteškoće u klasičnoj fizici. Imamo zakone, ali ne znamo kakvu referencu, na koju se trebaju pripisati, a sva naša fizička konstrukcija ispada da se podiže u pijesku.
Možemo pristupiti istim poteškoćama s druge točke gledišta. Pokušat ćemo zamisliti da u cijelom svemiru postoji samo jedno tijelo koje čini naš koordinatni sustav. Ovo se tijelo počinje rotirati. Prema klasičnoj mehanici, fizički zakoni za rotirajuće tijelo razlikuju se od zakona za infracrveno tijelo. Ako je inercija načelo pošteno u jednom slučaju, nije pošteno. Ali sve to zvuči vrlo sumnjivo. Je li moguće razmotriti kretanje samo jednog tijela u cijelom svemiru? Pod kretanjem tijela uvijek razumijemo promjenu u njegovom položaju u odnosu na drugo tijelo. Stoga, govoriti o kretanju jednog tijela - to znači proturječiti zdrav razum. Klasična mehanika i zdrav razum se razlikuju u ovom paragrafu. Newtonov recept je takav: ako je načelo inercije valjana, koordinatni sustav se ili odmara ili se kreće ravno i ravnomjerno. Ako načelo inercije nema snagu, tijelo nije u ravnoj i jedinstven pokretu. Dakle, naš zaključak o kretanju ili odmoru ovisi o tome jesu li primjenjivi svi fizički zakoni o ovom koordinatnom sustavu.
Uzmite dva tijela, kao što je sunce i zemlja. Pokret koji ponovno promatramo rođaka.Može se opisati pomoću koordinatnog sustava povezanog s Zemljom ili suncem. S ove točke gledišta, veliko postignuće Kopernikusa je prenijeti koordinatni sustav s tla na suncu. No, budući da je pokret relativan i možete primijeniti bilo koji referentno tijelo, ispostavlja se da ne postoji razlog da se više ne preferira jedan koordinatni sustav.
Fizika ponovno ometa i mijenja naše općeprihvaćeno gledište. Koordinatni sustav povezan s suncem ima veću sličnost s inercijskim sustavom od sustava povezanog sa Zemljom. Fizički zakoni poželjni su primjenjivati \u200b\u200bu sustavu Copernicus nego u Ptolomemy sustavu. Veličina otvaranja Kopernika može se visoko cijeniti samo s fizičkog stajališta. Fizika pokazuje da bi se opisivao kretanje planeta, koordinatni sustav, strogo povezan s suncem, ima ogromne koristi.
Nema apsolutnog pravocrtanog i jedinstvenog pokreta u klasičnoj fizici. Ako se dva koordinatna sustava kreću ravno i ravnomjerno u odnosu na drugo, onda ne postoji razlog za reći: "Ovaj sustav se odmara, a drugi se kreće." Ali ako su i koordinatni sustavi u neselektivnom i neravnomjernom kretanju u odnosu na drugo, onda postoji potpuni razlog za reći: "Ovo se tijelo pomiče, a drugi se odmara (ili se kreće ravno i ravnomjerno)." Apsolutno kretanje ovdje ima potpuno određeno značenje. Na ovom mjestu između zdravog razuma i klasične fizike nalazi se široki ponor. Spomenute poteškoće vezane za inercijalni sustav, kao i poteškoće koje se odnose na apsolutno kretanje, usko su povezane. Apsolutno kretanje postaje moguće samo zbog ideje inercijskog sustava za koju su zakoni prirode.
Može se činiti da ne bi bilo izlaza iz tih poteškoća, u kojima ih ne može izbjeći fizičku teoriju. Izvor leži u činjenici da zakoni prirode vrijede samo za posebnu klasu koordinatnih sustava, a to i inercija. Sposobnost rješavanja tih poteškoća ovisi o odgovoru na sljedeće pitanje. Možemo li formulirati fizičke zakone na takav način da oni vrijede za sve koordinatne sustave, ne samo za sustave koji se kreću ravno i ravnomjerno, već i za sustave koji se potpuno kreću samovoljno u odnosu na druge? Ako se to može učiniti, onda će se naše poteškoće riješiti. Tada ćemo moći primijeniti zakone prirode u bilo kojem koordinatnom sustavu. Borba između pogleda na Ptolemy i Copernicus, tako okrutno u ranim danima znanosti, postala bi potpuno besmislena. Svaki koordinatni sustav može se primijeniti s istom osnovi. Dvije rečenice - "Sunce se odmara, a zemlja se kreće" i "sunce se kreće, a zemlja leži" - oni jednostavno znače dva različita sporazuma o dva različita koordinatna sustava.
Možemo li izgraditi pravu relativističku fiziku, pošteno u svim koordinatnim sustavima, fizici u kojoj ne bi bilo apsolutnog, već samo relativnog pokreta? Doista se ispostavlja da je to moguće!
Imamo barem jedan, iako vrlo slab, što ukazuje kako izgraditi novu fiziku. Doista, relativistička fizika treba koristiti u svim koordinatnim sustavima, te stoga, u posebnom slučaju - u inercijskom sustavu. Već znamo zakone za ovaj inercijski koordinatni sustav. Novi opći zakoniPošteno za sve koordinatne sustave moraju biti u posebnom slučaju u inercijskom sustavu da se spuste na stare, poznate zakone.
Problem formuliranja fizičkih zakona za bilo koji koordinatni sustav bio je tzv. zajednička teorija relativnosti; Prethodna teorija primjenjuje se samo na inercijalne sustave posebna teorija relativnosti.Ova dva teorija ne mogu, naravno, proturječiti jedni drugima, jer uvijek trebamo uključiti zakone posebne teorije relativnosti uspostavljenih ranije u općim zakonima za neinternog sustava. Ali ako je ranije inercijalni koordinatni sustav bio jedini za koji su formulirani fizički zakoni, sada će predstavljati posebnu granicu, budući da se svaki koordinatni sustavi kreću proizvoljno u odnosu na drugo.
Takav je program opće teorije relativnosti. Ali, ocrtavajući put kao što je stvoren, moramo biti još manje specifični nego do sada. Nove poteškoće koje proizlaze u procesu razvoja znanosti prisiljeni su naša teorija sve više apstraktnija. Čekamo još jedan broj iznenađenja. Ali naš konstantan krajnji cilj je sve najbolje i bolje razumijevanje stvarnosti. Nove veze se dodaju logičkom lancu koji povezuje teoriju i promatranje. Da bi očistili put koji vodi od teorije do eksperimenta, od nepotrebnih i umjetnih pretpostavki da pokrije sve opsežnije područje činjenica, moramo napraviti lanac i duže i dulje. Lakše i temeljne naše pretpostavke postaju, teži matematički instrument našeg razmišljanja; Put od teorije do promatranja postaje duži, tanji i teže. Iako zvuči paradoksalno, ali možemo reći: moderna fizika je lakše od stare fizike i stoga se čini teže i zbunjujuće. Najjednostavnija naša slika vanjskog svijeta i više činjenica koje pokriva, jači se odražava u našem umovima sklad svemira.
Naša nova ideja je jednostavna: izgraditi fiziku, samo za sve koordinatne sustave. Provedba ove ideje donosi formalnu komplikaciju i prisiljava nas da koristimo matematičke metode osim onih koji su do sada primijenjeni u fizici. Ovdje ćemo pokazati samo odnos između provedbe ovog programa i dva temeljna problema - i geometriju.
Prekinuti kontinuitet
Mi smo otkrili Karta grada New Yorka i okolice. Pitamo: Koje se točke na ovoj karti mogu postići vlakom? Nakon pregleda tih stavki u željezničkom rasporedu, slavimo ih na karti. Onda mijenjamo pitanje i pitamo: koje stavke mogu postići automobilom? Ako nacrtamo na liniju, zastupajući sve ceste počevši u New Yorku, onda je bilo koji predmet koji leži na tim cestama može se praktično postići automobilom. U oba slučaja imamo brojne točke. U prvom slučaju, oni su udaljeni jedan od drugoga i različite željezničke stanice, au drugom su suština točke uz autoceste. Sljedeće naše pitanje je o udaljenosti svake od tih točaka iz New Yorka ili, za veću točnost, s određenog mjesta u ovom gradu. U prvom slučaju određeni brojevi odgovaraju točkama na karti. Ti se brojevi nepravilno mijenjaju, ali uvijek na konačnu veličinu, skok. Kažemo: Udaljenosti iz New Yorka na sjedala, koje se mogu postići vlakom, samo mijenjati različito.Međutim, udaljenost do mjesta koja se mogu postići automobilom, mogu se promijeniti koliko god možete promijeniti, mogu se promijeniti neprekidno.Promjene udaljenosti mogu se proizvoditi proizvoljno male u slučaju putovanja automobilom, a ne vlakom.
Proizvodi ugljena mogu se mijenjati na kontinuiran način. Količina proizvedene ugljena može se povećati ili smanjiti proizvoljno male dijelove. Ali broj radnih pilića može se promijeniti samo. Bilo bi čista gluposti reći: "Od jučer se broj zaposlenika povećao za 3,783."
Čovjek kojeg je pitao o broju novca u džepu, ne može se zvati bilo koji, koliko je mala količina, ali samo vrijednost koja sadrži samo dva decimalna znaka. Iznos novca može varirati samo skokovima, povremeno. U Americi, najmanje moguće promjene, ili, kako ga zovemo, "elementarna kvantna" američkog novca, postoji jedan cent. Elementarna kvant engleskog novca je jedna prljavština, stojeći samo polovicu američke elementarne kvantne. Ovdje imamo primjer dva elementarna quanta, čija se vrijednost može usporediti jedni s drugima. Omjer njihovih veličina ima određeno značenje, budući da je cijena jednog od njih dvostruko trošak drugog.
Možemo reći: neke količine mogu se kontinuirano mijenjati, drugi se mogu promijeniti samo u potpunosti, dijelovi koji se više ne mogu smanjiti. Ovi nedjeljivi dijelovi nazivaju se elementarni QutantMiove vrijednosti.
Možemo vagati ogromne količine pijeska i smatrati ga mnogo kontinuiranim, iako je njegova zrnata struktura očita. Ali ako je pijesak postao vrlo dragocjen, a korištene skale bile su vrlo osjetljive, morali bismo prepoznati činjenicu da se pješčana masa uvijek razlikuje po veličini, višestruku masu jedne najmanje čestice. Masa ove najmanja čestica bila bi naša elementarna kvantna. Iz ovog primjera vidimo kako se do tada ne smatra kontinuiranom, ne smatra kontinuirano, zbog povećanja točnosti naših mjerenja.
Ako smo morali karakterizirati osnovne ideje kvantne teorije u jednoj rečenici, mogli bismo reći: treba pretpostaviti da neki fizičke količine, prethodno smatrane kontinuiranim, sastoje se od elementarne kvete.
Područje činjenica pokrivenih kvantnim teorije je iznimno velika. Ove činjenice su otvorene zbog visokog razvoja tehnike modernog eksperimenta. Budući da ne možemo pokazati ni opisati ni glavne eksperimente, često ćemo im trebati dati rezultate dogmatskih. Naš je cilj objasniti samo temeljne, osnovne ideje.
Elementarna kvanta tvar i struja
U slikarstvu strukture tvari koju je izvukao kinetičku teoriju, svi elementi su izgrađeni od molekula. Uzeti najjednostavniji primjer Najlakše kemijski element - vodik. Vidjeli smo kako je proučavanje smeđe pokreta dovelo do određivanja mase molekule vodika. Jednako je
0,000,000,000,000,000 003 3 g
To znači da je masa prekinuta. Masa bilo kojeg dijela vodika može varirati samo cijeli broj najmanjih porcija, od kojih svaki odgovara masi jedne molekule vodika. No, kemijski procesi su pokazali da se molekula vodika može podijeliti na dva dijela ili, drugim riječima, da se molekula vodika sastoji od dva atoma. U kemijskom procesu, uloga elementarne kvantne igra atom, a ne molekulu. Izrada gore navedenog broja, nalazimo masu atoma vodika; Jednak je otprilike
0,000,000,000,000,000 001 7
Masa je veličina povremenog. Ali, naravno, ne bismo trebali brinuti o tome s uobičajenom definicijom tjelesne težine. Čak su i najosjetljivije vage daleko od postizanja takvog stupnja točnosti koja bi otkrila prestanak promjene u tjelesnoj težini.
Terminologija teorije valova
Jedinstveno svjetlo ima određenu valnu duljinu. Valna duljina crvenog kraja spektra je dvostruko više valne duljine ljubičastog kraja.
Terminologija kvantne teorije
Ujednačeno svjetlo se sastoji od fotona određene energije. Fotonska energija za crveni kraj spektra dvostruko više energije fotona ljubičastog kraja.
Liter
Mala Gírnich Enciklopedija, U 3 tona / ab. V. S. Bíletsky, - Donjeck: Donbas, 2004. - ISBN 966-7804-14-3..
http://znaimo.com.ua.
Casatkin A.S. Baze Elektrotechnike. M: Škola posjetitelja, 1986.
BELTSONOV L.A. Teoretske baze elleksiranja. Elektrichni Cola. M: potpredsjednik, 1978.
slovari.yandex.ru/dict/bse/article/00061/97100.htm
Sivukhin d.V. Fili Tečaj Fíziki - M. T. III. Elektrick
Evolucija fizike. Razvoj ideja od početnih koncepata u teoriju relativnosti i qualte
Albert Einstein, Leopold Inford ( po. s engleskog S. G. Suvorov)
Fenomene smetnji i difrakcije svjetlosti potvrđuju svoju prirodu vala. Na početku XIX stoljeća, T. Jung i O. Frenel, stvarajući teoriju valova svjetla, smatra se svjetlosnim valovima uzdužnu, tj. Sličan zvučni valovi, Da bi to učinili, morali su uvesti neku vrstu hipotetičkog okruženja eteru kojoj je došlo do proliferacije uzdužnih svjetlosnih valova. U to vrijeme činilo se nevjerojatno da je svjetlo poprečno valovima, jer, analogno mehaničkim valovima, bilo bi potrebno pretpostaviti da je eter kruti (poprečni mehanički valovi ne mogu širiti u plinovitom ili tekućem mediju). Međutim, u to vrijeme postojale su činjenice koje su u suprotnosti s lozuminama svjetlosnih valova.
Čak iu srednjem vijeku, mornari su donijeli neobično transparentno kamenje s Islanda, koji je kasnije nazvao islandski prostor, Neobičnost njih bila je to da ako stavimo komad islandskih kit na bilo koji natpis, onda će se natpis otvoriti kroz njega.
Godine 1669., danski znanstvenik Bartoline izvijestio je zanimljive rezultate svojih eksperimenata s kristalima islandskog spada. Kada prolazi kroz takav kristal, snop se podijeli na dva (sl. 2.6.1). Ove zrake su dobile imena uobičajena zraka i neobičan snopi sam fenomen - dvostruki bempan.
Obična zraka podliježe uobičajenom refraktivnom zakonu, a izvanredna greda ne poštuje ovaj zakon. Zrake su bile podijeljene čak i sa svojom normalnom kapljicom na kristalu islandske šljive. Ako se kristal rotira u odnosu na smjer početne zrake, obje zrake se okreću kristalu. Bartolin je također otkrio da postoji neki smjer u kristalu, uz koje je incident snop nije podijeljen. Međutim, nije mogao dati objašnjenja tim fenomenima.
Nekoliko godina kasnije, ovo otkriće Bartolina privukla je pozornost Guygena, koji uvodi koncept optička os kristala (Bartolin je zapravo otvorio).
Optička os kristala To se zove odabrani smjer u kristalu, uz koji se šire obične i izvanredne zrake bez razdvajanja.
Godine 1809. francuski inženjer E. Malyus imao je iskustvo s kristalima turmalina (transparentni zeleni kristali boje). U ovom eksperimentu, svjetlo je dosljedno prolazilo kroz dvije identične ploče iz turmalina. Ako se druga ploča rotira u odnosu na prvo, intenzitet svjetlosti zalijepljene kroz drugu ploču promijenjena je s maksimalne vrijednosti na nulu (sl. 2.6.2). Ovisnost intenziteta svjetla I. Iz ugla j. Između optičkih osi obje ploče je:
(malyusa zakon ), (2.6.1)
gdje I. 0 - intenzitet upadne svjetlosti.
Sl. 2.6.3 ali, Sl. 2.6.3 b..
Ni dvostruka žarulja, niti zakon Maleusa ne mogu naći objašnjenje u okviru teorije uzdužnih svjetlosnih valova. Za uzdužne valove, smjer širenja grede je os simmetrije. U uzdužnom valu, svi smjerovi u ravnini okomito na snop su jednaki.
Da biste razumjeli kako se poprečni val ponaša, razmislite o valu koji prolazi kroz kabel u vertikalnoj ravnini. Ako na putu ovog vala stavite kutiju s okomitim prorezom (sl. 2.6.3 ali), Tada val tečno govori o prazninu. U slučaju da se jaz u kutiji nalazi horizontalno, onda val kroz njega više ne prolazi (sl. 2.6.3 b.). Takav val se također naziva ravan polariziranjer Oscilacije u njemu pojavljuju se u jednoj (vertikalnoj) ravnini.
Eksperimenti s kristalima islandskog šljiva i turmalin omogućili su nam da dokažemo da je svjetlosni val poprečno. Po prvi put, pretpostavljam poprečne valove izražene T. Jung (1816). Frenel, bez obzira na Jung, također iznijela koncept pokretljivosti svjetlosnih valova, potkrijepila je brojnim eksperimentima i stvorio teoriju dvostruke žarulje svjetlosti u kristalima.
Sredinom 60-ih godina XIX stoljeća, Maxwell je došao do zaključka da je svjetlo elektromagnetski val. Ovaj zaključak je napravljen na temelju slučajnosti brzine distribucije. elektromagnetski valovikoji se dobiva iz teorije Maxwell, s poznatom vrijednošću brzine svjetlosti. Do trenutka kada je Maxwell zaključio postojanje elektromagnetskih valova, preklopnost svjetlosnih valova već se eksperimentalno pokazala. Stoga je Maxwell vjerovao da je prijelaz elektromagnetskih valova još jedan veliki dokaz o elektromagnetskoj prirodi svjetlosti.
U elektromagnetskoj teoriji svjetlosti također je nestala poteškoće povezane s potrebom uvođenja posebnog okruženja razmnožavanja valova, koje se moralo smatrati solidnim tijelom.
U elektromagnetskom valu vektora i okomito jedni na druge i leže u ravnini okomito na smjer širenja vala. Ravnina u kojoj vektor fluktuira, nazovite ravnina oscilacijai ravnina u kojoj se javljaju vektorske fluktuacije, ravnina polarizacije, Budući da se u svim procesima interakcije svjetlosti s tvari, vektor napetosti električnog polja se igra, onda se zove svjetlosni vektor, Ako, kada se razmnožava elektromagnetski val, svjetlosni vektor zadržava njegovu orijentaciju, takav val se zove linearan polariziran ili ravan polariziran.
Laseri emitiraju linearno polarizirano svjetlo. Međutim, svjetlost emitirana konvencionalnim izvorima (na primjer, sunčeva svjetlost, zračenje žarulja sa žarnom niti, itd.), Nije polarizirano. To je zbog činjenice da atomi emitiraju svjetlo pojedinih tsyugamija međusobno neovisno. Kao rezultat toga, vektor u dobivenom laganom valu nasumično mijenja svoju orijentaciju tijekom vremena, tako da u prosjeku, sve smjer oscilacija ispada biti jednak.
Svjetlosni val, koji pravci oscilacija svjetlosni vektora, kaoOtično se mijenjaju u vremenu, nazvani prirodan ili nepolaženo svjetlo.
Prirodno svjetlo, prolazi kroz kristal islandskog pljuvanja ili turmalina, polarizira. Fenomen dvostruke žarulje svjetlosti objašnjava se činjenicom da je u mnogim kristalnim tvarima indeksi loma za dva međusobno okomita na polarizirane valove su različiti. Stoga kristal dijeli zrake koje prolaze kroz nju (sl. 2.6.1). Dvije grede na prinosu kristala su linearno polarizirane u međusobno okomitosti. Kristali u kojima se zove dvostruka žarulja anizotropan.
Svjetlo se može polarizirati kada se odražava ili rasprši. Konkretno, plavo nebo je djelomično ili potpuno polarizirano. Polarizacija reflektiranog svjetla najprije je promatrala Malyus, kada je gledao kroz kristal islandskog pliska na odraz sunca u prozorima Luksemburške palače u Parizu. Malyus je otkrio da se reflektirano svjetlo polarizira u jedan stupanj ili drugi. Stupanj polarizacije reflektiranog snopa ovisi o učestalosti pada: s normalnim padom, reflektirano svjetlo je potpuno polarizirano, a kada je kut pod kutom, koji se naziva kut potpune polarizacije ili kut Brutener, reflektirana zraka polarizirana je 100%. Kada se odražava na uglu pivovara, reflektirane i lomljene zrake su okomite jedna drugu (sl. 2.5.4). Reflektirana greda je ravna polarizirana paralelna s površinom.
Jer , i onda je kut pivovara u formuli.
Polarizirano svjetlo se široko koristi u mnogim područjima tehnologije (na primjer, za nesmetano podešavanje svjetla, u proučavanju elastičnih naprezanja, itd.). Ljudsko oko ne razlikuje polarizaciju svjetla, a oči nekih insekata, na primjer, pčele, doživljavaju ga.
| | | | | | 7 |
Ministarstvo obrazovanja regije Nizhny Novgorod
GBOU SPO "Lukoyan poljoprivredna tehnička škola"
Metodički razvoj po akademska disciplina "Fizika"
Prelazak svjetlosnih valova.
Polarizacija svjetla
Razvijen: Smirnov A.V. Fizika učitelja
1 Kvalifikacijska kategorija
Lukoyanov, 2012
Smatra se na sastanku
Metodička provizija
matematički i prirodni znanstveni ciklus
Broj protokola _____
"__" ________ 2012
Predsjednik
__________ / n.n. Alexandrov
Odobren od strane metodološkog vijeća GBOU SPO "Lukoyan Poljoprivredna tehnička akademija"
Broj protokola ______
"__" ________ 2012
Predsjednik
____________________________
Lekcija na temu "Prelazak svjetlosnih valova. Polarizacija svjetla. "
Ciljevi:
Obrazovanje:
Stvorite uvjete za proučavanje koncepta "polarizacije svjetlosti", njegovu praktičnu primjenu, kako bi se postigla svjesna asimilacija stečenih znanja, podučavajući korištenje znanja stečenih u praksi.
Nastavite podići točnost, naginjanje, odgovornost;
uzrokovati interes za obrazovne aktivnosti;
Nazovite interes za ispitanu matryal.
razviti razmišljanje, školske vještine;
Nastavite raditi na formiranju vještina za ostvarivanje problema, izvlačenje zaključaka, za generalizaciju.
Vrsta lekcije: kombinirana.
Oprema:
laboratorijska oprema za svaku tablicu: 2 polareoid, komad celofana; Snop staklenih ploča.
demonstracijska oprema: Postavite polarizacijom svjetla, prijenosnog računala, prijenosnog računala, projektora, interaktivne ploče, strujnog izvora, niskonaponske svjetiljke na postolju.
Tijekom nastave
I) Organizacijski trenutak(2 minute.)
Provjerite prisutnost, dostupnost klase i studente na lekciju.
Ii) Provjera domaće zadaće, aktualizacija prethodno ispitivana
(10 min.)
Testirajte zadatke na ploči, samopouzdanja na odgovore na ploči, analizu selektivnog istraživanja, eliminacijom prostora.
Objasnite s fizičkog gledišta, zašto je trava zelena.
Objasnite s fizičkog stajališta nego bijele površine razlikuju se od crne.
Koje su boje najslikanijih trokutastih prizme?
Kakav fenomen objašnjava neriješenu boju mjehurića sapuna?
Izvori koji imaju istu fazu i frekvenciju nazivaju se koherentni.
Mogu li dvije zvijezde na nebu biti koherentni izvori svjetlosti? Zašto?
Koje su oscilacije koje se protežu u prostoru tijekom vremena.
Kakav je val nazvan uzdužnim?
Kakav je val nazvan poprečno?
Kako se vektori nalaze E. i U U elektromagnetskom valu?
Elektromagnetski val uzdužni ili poprečni?
Iii) proučavanje novog materijala(15 minuta.)
Problem eksperimenta
Student je distribuirana oprema, na ploči se prikazuje zadatak eksperimenta:
1) pogledajte svjetiljku spojenu na izvor kroz polaroid;
2) Okrenite polaroid oko osi, promatrajte osvjetljenje zaslona. Uzeti izlaz;
3) Postavite još jedan polaroid između polaroida i zaslona i okrenite se po prvom osi, zatim još jedan polareoid.
4) Pazite kako se osvjetljenje zaslona mijenja. Uzmite izlaz.
Heuristički razgovor
Prva pretpostavka: Svjetlo je poprečni val. No, u izvoru incidenta, snop valova je fluktuacije u svim vrstama zrakoplova, okomito na smjer širenja valova;
Druga pretpostavka: Polaroid ima sposobnost preskakanja svijetlih valova s \u200b\u200boscilacijama koje leže u jednoj specifičnoj ravnini.
Riječ učitelj
Teorijske informacije
Crystal Tourmaline polarizira prirodno svjetlo, tj. Odabire (preskače) oscilacije samo u jednoj definiranoj ravnini. Koristeći drugi polarid (analizator), moguće je odrediti polarizacijsku ravninu prvog polarida.
Problem eksperimenta
Prikazuje se dodjeljivanje eksperimenta na ploču:
1. Uzmite polaroid u mojim rukama i okreću se oko osi, pogledajte ga na:
zaslon prijenosnog računala;
Slika na interaktivnoj ploči;
Žarulja sa žarnom niti.
Heuristički razgovor
Učenik je pozvan da objasni rezultate eksperimenata.
Svjetlo iz zaslona prijenosnog računala polarizirano je;
Slika na interaktivnoj ploči je polarizirana, os polarizacije za svjetlo različitih valnih duljina se ne podudara.
Svjetlo žarulje sa žarnom niti nije polarizirano.
Riječ učitelj
Teorijske informacije
Objašnjenje uređaja LCD monitora.
Eksperiment problema:
Televizijske radio komunikacije provodi se na elektromagnetskim valovima.
Sjetimo se jednog od svojstava elektromagnetskih valova i pokušajmo to objasniti iz položaja znanja dobivenog u današnjoj lekciji.
Demonstracija iskustva u polarizaciji elektromagnetskih valova (obrazovni film).
Riječ učitelj
Objašnjenje iskustva: Ako se smjer metalnih šipki rešetke podudara s smjerom vektora čvrstoće električnog polja, struje su uzbuđene u šipkama, rešetka radi kao vodič i odražava elektromagnetski val. Ako se roštilj rotira za 90 °, signal prolazi, jer u ovom slučaju šipci su okomita na vektor električnog polja i ne može uzrokovati struje u šipkama.
Eksperiment problema:
Položaj između 90 ° prekriženog, slomljenog križanja celofana, uvrštava se na zaokret poareroida oko osi, samo slijedi učinak;
Postavite poseban klizač iz polarizacije svjetla za promatranje kromatske polarizacije pod kutom od 90 ° polareoida za promatranje kromatske polarizacije, okrenite polaroide oko osi, samo slijedite učinak na zaslonu.
Pridružujemo se polaroidnom stog staklenih ploča, okrećući ih oko vertikalne osi na neki kut i okrećući polaroid.
Riječ učitelj
C. 
elolofan: Cellocan ima jaku anizotropiju. Ovaj ambalažni materijal je izrađen od viskoze, obrade drva. U proizvodnji ciklofan filma je snažno rastegnut, gradeći duge organske molekule s lancima. Polaroidne naočale: Bodova s \u200b\u200bjednim ili dva sloja polaroida. Bodovi s dva sloja polaroida koriste se kao tamna svjetlost varijabilno gustoće svjetlosne filtre: strana naočala strši, s kojom se dva polaroida mogu rotirati istovremeno u odnosu na dva druga, fiksirana. S paralelnim polareoidima, propusnosti \u003d 40%, s prekriženim postaje minimalno (\u003d 0,01%).
Bodovi s jednim slojem polaroida primjenjuju se ili na razdvojene slike ili smanjili svjetlinu svjetline reflektirane svjetlosti. U prvom slučaju, polarizacijska ravnina oba filtra postavljena je međusobno okomita na svjetlo samo jedne polarizacijske ravnine pada u svako oko. Takve su točke korištene u sustavu stereokina, u kojem su dva okvira stereo parova poslana na zaslon u polariziranoj svjetlosti: polarizacijska ravnina svakog okvira odgovarala je polarizacijskoj ravnini polarida, kroz koju je trebalo ići svjetlo u odgovarajuće oko. U drugom slučaju, polaroid filteri imaju iste smjerove polarizacijskih zrakoplova i ne dopuštaju svjetlost, polarizirana u okomitu ravninu. Svjetlo reflektirano pod kutom dielektričnog medija je u velikoj mjeri polariziran. Čaše omogućuju snažno oslabiti ovo odražavo svjetlo, što omogućuje, na primjer, izgleda duboko u vodu.
Sustavi polarizacije.Kada koristite linearnu polarizaciju, dvije slike su se međusobno postavljene za isti zaslon kroz ortogonalno (smješteno pod kutom od 90 stupnjeva jedni drugima) polarizacijski filtri u projektorima. U isto vrijeme, potrebno je koristiti poseban zaslon za srebro-crash, koji vam omogućuje da izbjegne depolarizaciju i nadoknaditi gubitak svjetline (budući da samo 0,71 svjetlo koje emitira svaki projektor pada na zaslon.
Gledatelj stavlja naočale u koje se također grade filteri za ortogonalne polarizacije; Dakle, svaki filtar prolazi samo taj dio svjetlosnih valova čija polarizacija odgovara polarizaciji filtera, i blokira ortogonalno polarizirano svjetlo.
Linearno polarizirane naočale zahtijevaju gledatelja da zadrži glavu na jednoj razini, bez naginjanja, inače se učinak gubi.
Primjer tehnologije koja koristi linearnu polarizaciju - Imax 3D.
Kada koristite kružnu polarizaciju, dvije slike se također međusobno podešavaju kroz filtre s suprotno smjernom polarizacijom. Bodovi namijenjeni gledatelju su ugrađeni "analizirajući" filtre (s suprotno odmjernoj polarizaciji). Za razliku od linearne polarizacije, ako gledatelj naginje glavu, očuva se odvajanje lijeve i desne slike, a iluzija stereo slika je sačuvana u skladu s tim.
P 
jOLARIZACIJA PHOTOFILTERS. Učinak ovih filtera temelji se na učinku polarizacije elektromagnetskih valova, kao i na učinke rotacije polarizacijskog ravnina pomoću nekih tvari.
Fotosenzitivni materijal na fotografiji ne čuva informacije o ravnini polarizacije koji pada na elektromagnetskom zračenju.
Polarizacijski filter linearne polarizacije. Sadrži jedan polarizator koji rotira u okviru. Njegova se uporaba temelji na činjenici da je dio svijeta u svijetu oko nas polariziran. Sve zrake su djelomično polarizirane, izblijedjele se reflektiraju od dielektričnih površina. Djelomično polarizirano svjetlo dolazi s neba i oblaka. Stoga, primjenom polarizatora pri snimanju, fotograf dobiva dodatnu mogućnost promjene svjetline i kontrasta različiti dijelovi Slike. Na primjer, rezultat snimanja krajolika na sunčan dan uz korištenje takvog filtra može biti tamno, gusto-plavo nebo. Prilikom snimanja u staklenim objektima, polarizator vam omogućuje da se riješite od odbijanja fotografa u staklu.
Nisko svjetlo polarizator je dostupan za snimanje u uvjetima slabog osvjetljenja, djelomično polarizirajućih svjetala i stoga imaju nisku mnošku. Osim toga, dva takva filtara okomito na njihove polarizacijske ravnine, umjesto potpunog uklanjanja svjetla, dobiveno je 2/3 vrijednosti protoka.
Filtar s kružnom polarizacijom. Osim polarizatora, sadrži takozvani "četvrt-valna ploča", na izlazu od kojih linearno polarizirano svjetlo stječe kružnu polarizaciju. Sa stajališta učinka dobivenog na slici, kružni polarizator se ne razlikuje od linearnog. Pojava takvih filtera diktira se razvojem elemenata TTL automatizacije fotoaparata, koji, za razliku od foto-materijala, ovisili su o tome da li ih svjetlo ulazi kroz objektiv je polariziran. Konkretno, linearno polarizirano svjetlo djelomično krši rad automatizacije faznog fokusa u zrcalnim kamerama i otežava razotkrivanje.
Kompozitni neutralni filtri. Ako dodate zajedno dva polarizers, zatim s spojnim polarizacijskim zrakoplovima, takav filtar ima maksimalnu rasvjetu (i ekvivalentno neutralnom sivom 2x filtru). S okomitim smjerovima polarizacije, s idealnim polarizatorima, filtar potpuno apsorbira boju koja pada na njega. Odabir kuta rotacije, moguće je promijeniti osvjetljenje takvog filtra u vrlo širokim granicama.
Kompozitni filtri za polarizacije u boji. Sastoje se od dva polarizirajuća filtara koja se mogu rotirati, a između njih postoji tanjur, rotirajući ravninu polarizacije svjetla. Zbog činjenice da kut rotacije ovisi o valnoj duljini, svaki put polarizers položaj, dio spektra prolazi kroz takav sustav, a dio je odgođen. Okretanje polarizatora u odnosu na druge dovodi do promjene spektralnih karakteristika filtra. Proizvedeni, na primjer, crveno-zeleni filtri.
Elektronski upravljani filtri. Ako se tekući kristalni element koristi kao drugi polarizator u dizajnu kompozitnih filtera, omogućuje vam kontrolu svojstava filtra izravno tijekom procesa snimanja.
Iv) fiksiranje (10 min.)
Frontalni razgovor.
Pitanja za prednji razgovor
Koja je razlika između uobičajenog svjetla od polariziranih?
Što je polaroids?
Kako se kristali turista i polaroidi pretvaraju svjetlo?
Kakva je vlasništvo svjetla ukazuje na fenomen polarizacije?
Gdje mogu proći fenomen polarizacije u svakodnevnom životu i tehnici?
Gdje i kako je fenomen polarizacije?
Ponudite svoj fenomen polarizacije.
V) sumiranje (5 minuta.)
Definiramo glavnu stvar koju smo danas naučili u lekciji:
Koncept polarizacije svjetlosti;
Polaroid i njegove funkcije;
Manifestacija, korištenje svjetlosne polarizacije.
Vi) domaća zadaća(3 min.)
Svrha lekcije
Oblikuju koncept "prirodnog i polariziranog svjetla" od školske djece; upoznati se s eksperimentalnim dokazom poprečnih valova; Istražite svojstva polariziranog svjetla, pokažite analogiju između polarizacije mehaničkih, elektromagnetskih i svjetlosnih valova; Prijavite primjere korištenja polaroida.
Lekcija na polarizaciji svjetlosti je finala u temi "Wave Optics". U tom smislu, lekcija pomoću računalne simulacije može se konstruirati kao generalno ponavljanje lekcija ili dio lekcije da odlučite za rješavanje problema na temama svjetlosnog smetnji, "difrakcija svjetla". Nudimo model lekcije, koji proučava novi materijal na temu "polarizacija svjetla", a zatim učvršćuje materijal proučen na računalnom modelu. U ovoj lekciji lako je kombinirati stvarnu demonstraciju s računalnom simulacijom, jer se polaroidi mogu dati djeci u rukama i pokazati raspored svjetlosti kada okrenete jedan od polaroida.
|
Domaći zadatak: § 74, Zadatak br. 1104, 1105.
Objašnjenje novog materijala
Penomene smetnje i difrakcije ne ostavljaju nikakve sumnje da svjetlost širenja ima svojstva valova. Ali što valovi - uzdužni ili poprečni?
Dugo vremena, osnivači Sung i Fresnene Wave optike smatraju svjetlosne valove uzdužnim, to jest, slični zvučni valovi. U to vrijeme, svjetlosni valovi su se smatrali elastičnim valovima na zraku, ispunjavajući prostor i prodiru u unutrašnjost svih tijela. Činilo se da takvi valovi nisu mogli biti poprečni, jer bi poprečni valovi mogli postojati samo u čvrstom tijelu. Ali kako se tijela mogu kretati u krutom eteru, ne ispunjavaju otpor? Uostalom, eter ne bi trebao spriječiti kretanje tel. Inače bi se provodilo zakon inercije.
Međutim, sve više i više eksperimentalnih činjenica postupno su se dobivene, što se ne može tumačiti, razmatranje svjetlosnih valova uzdužnih.
Eksperimenti s turmalinom
Razmotrite detaljno samo jedan od pokusa, vrlo jednostavan i spektakularan. Ovo iskustvo s tourmalinskim kristalima (transparentne kristale zelene boje).
Demonstrirajte učenika da očisti svjetlo prilikom okretanja dva polaroida. Turmalin kristal ima osi simetrije i pripada broju tzv. Uniaksial kristala. Uzmite pravokutnu ploču turmalin uklesanog na takav način da je jedan od njezinih lica paralelan s osi kristala. Ako normalno šaljete na takav tanjur snop svjetla iz električne svjetiljke ili sunca, tada se rotacija ploče oko greda bez promjene u intenzitetu svjetlosti prođe kroz njega neće uzrokovati (vidi sliku). Možda mislite da je svjetlo samo djelomično apsorbirano u turmalinu i stekla zelenu boju. Ništa se više nije dogodilo. Ali nije. Lagani val stekao je nova svojstva.
Ove nova svojstva otkrivaju se ako je snop prisiljen proći kroz drugi isti kristal turmalin (vidi sliku a), paralelno s prvim. S istim usmjerenim osi kristala, ništa zanimljivo se ne događa: samo svjetlosna zraka je još oslabljenijom zbog apsorpcije u drugom kristalu. Ali ako se drugi kristal rotira, ostavljajući prvi fiksiran (sl. B), onda će se otkriti nevjerojatna pojava - raspored svjetla. Kako se kut povećava između osi, intenzitet svjetla se smanjuje. A kada su osi okomila jedna na drugu, svjetlo ne prolazi na sve (sl. B). Potpuno se apsorbira drugi kristal. Kako se to može objasniti?
 |
Prelazak svjetlosnih valova
Od gore opisanih eksperimenata, slijedi dvije činjenice: Prvo, svjetlosni val koji dolazi iz izvora svjetlosti potpuno je simetričan o smjeru širenja (kada se kristal okreće oko grede u prvom eksperimentu, intenzitet se nije promijenio) i, Drugo, da je val oslobođen iz prvog kristala nema aksijalnu simetriju (ovisno o rotaciji drugog kristala u odnosu na zraku, dobije se jedan ili neki drugi intenzitet posljednjeg svjetla).
Longitudinalni valovi imaju punu simetriju u odnosu na smjer distribucije (oscilacije se javljaju uz ovaj smjer, a to je os simetrije valova). Stoga, objasniti iskustvo s rotacijom druge ploče, s obzirom na lagani val uzdužnog, je nemoguće.
Kompletno objašnjenje iskustva može se dobiti izradom dvije pretpostavke.
Prva pretpostavka odnosi se na samo svjetlo. Svjetlo je poprečni val. No, u slučajnom izvoru, snop valova je fluktuacije u svim vrstama područja okomito na smjer širenja valova (vidi sl.).
Pokazati da prirodno svjetlo sadrži oscilacije u svim zrakoplovima.
Prema toj pretpostavci, svjetlosni val ima aksijalnu simetriju, u isto vrijeme poprečno. Valovi, na primjer, ne posjeduju takvu simetriju na površini vode, budući da se oscilacije čestica vode javljaju samo u vertikalnoj ravnini.
Lagani val s oscilacijama u svim smjerovima okomitim na smjer propagacije naziva se prirodno. Ovo ime je opravdano, jer u konvencionalni uvjeti Izvori svjetlosti stvaraju samo takav val. Ova pretpostavka objašnjava rezultat prvog iskustva. Rotacija kristala turmalina ne mijenja intenzitet posljednjeg svjetla, jer incident val ima aksijalnu simetriju (unatoč činjenici da je poprečno).
Druga pretpostavka koja treba obaviti pripada kristalu. Turmalin Crystal ima sposobnost preskakanja svijetlih valova s \u200b\u200boscilacijama koje leže u jednoj specifičnoj ravnini (P flare na slici).
 |
Na računalnom modelu "Zakon Malyus"
Pokažite da je kristal turmalina dodjeljuje samo jednu ravninu svjetlosnih oscilacija. Pretvaranje polarizatora, a zatim analizator, može se pokazati da se intenzitet prolaznog svjetla mijenja od maksimalne vrijednosti na nulu. Za čišćenje svjetla, kut između osi polaroida treba biti 90 °. Ako je os polaroidima paralelna, tada drugi polareoid prolazi cijelo svjetlo koje je prolazilo kroz prvo.
Ovo svjetlo se naziva polarizirano ili preciznije, ravan polariziran, za razliku od prirodnog svjetla koje se također mogu zvati nepolariziran, Ova pretpostavka u potpunosti objašnjava rezultate drugog iskustva. Od prvog kristala nalazi se ravnini laki. S kristalima prekriženim (kutom između osi 90 °), ne prolazi kroz drugi kristal. Ako se os kristali čine određeni kut, razlikuje se od 90 °, tada se mijenjaju fluktuacije, amplituda je jednaka projekciji amplitudije valova prolazila kroz prvi kristal do smjera osi drugog kristala ,
Dakle, turmalinski kristal pretvara prirodno svjetlo u ravnu polariziranu.
Mehanički model eksperimenata s turmalinom
Lako je izgraditi jednostavan vizualni mehanički model fenomena koji se razmatra. Možete stvoriti poprečni val u gumenoj vrpci tako da oscilacije brzo mijenjaju svoj smjer u prostoru. Ovo je analog prirodnog svjetla vala. Sada ćemo preskočiti kabel kroz usku drvenu kutiju (vidi sl.). Od oscilacija svih vrsta područja, kutija "ističe" oscilacije u jednoj specifičnoj ravnini. Dakle, polarizirani val dolazi iz kutije.
 |
Ako još uvijek postoji isti okvir na njegovom putu, ali se okrenuo u odnosu na prvih 90 °, a zatim oscilacije ne prolaze kroz njega. Val je potpuno ugašen.
Ako u uredu postoji mehanički model polarizacije, moguće je pokazati. Ako ne postoji takav model, ovaj model možete ilustrirati fragmentima videozapisa polarizacije.
Polaroidi
Ne samo da kristali turmaline ne mogu polarizirati svjetlo. U istoj imovini, na primjer, imaju takozvani polaroidi. Polaroid je tanak (0,1 mm) herarapit kristalni film koji se primjenjuje na celuloidnu ili staklenu ploču. S polaroidom možete učiniti iste eksperimente kao i kod kristala turmalina. Prednost polaroida je da možete stvoriti velike površine, polarizirajuća svjetla. Nedostatak polaroida uključuje ljubičastu nijansu, koju daju bijelo svjetlo.
Izravni eksperimenti su dokazali da je svjetlosni val poprečni. U polariziranom svjetlosnom valu oscilacija se javljaju u strogo definiranom smjeru.
U zaključku, moguće je razmotriti uporabu polarizacije u tehnici i ilustrirati ovaj materijal fragmentima videoofilm "polarizacije".
