Nové koncepty vznikli v súvislosti so štúdiou elektrických javov, ale je ľahšie ich predstaviť prvýkrát prostredníctvom mechaniky. Vieme, že dva častice sa navzájom priťahujú a že ich príťažlivosť sa znižuje so štvorcom vzdialenosti. Môžeme túto skutočnosť zobrazovať jedným spôsobom, ktorý budeme robiť, aj keď je ťažké pochopiť výhody novej metódy. Malý kruh na obr. 49 predstavuje atraktívne telo, povedzme slnko. V skutočnosti by mal byť náš obraz reprezentovaný ako model vo vesmíre, a nie ako kreslenie v rovine. Potom by mal malý kruh v oblasti gule predstavuje slnko. Telo budeme volať skúšobný orgán, publikované niekde vedľa slnka, bude priťahovaný na slnko a sila príťažlivosti bude smerovaná pozdĺž čiary spájajúcej centrá oboch orgánov. Linky v našej obrázku teda ukazujú smer sily príťažlivosti slnka pre rôzne polohy testovacieho telesa. Šípky na každom riadku ukazujú, že sila je nasmerovaná na slnko; To znamená, že táto sila je sila príťažlivosti. na to polia Power Line.Aj keď je to len meno, a nie je dôvod na to zastaviť. Naša výkres má jednu charakteristickú funkciu, ktorú sa neskôr pozrieme. Elektrické vedenia sú postavené v priestore, kde nie je žiadna látka. Kým všetky elektrické vedenia, krátke, lúkaUkážte len to, ako sa testovacie telo bude správať, umiestnené v blízkosti sférického tela, pre ktoré je pole postavené.
Linky v našom priestorovom modeli sú vždy kolmé na povrch gule. Vzhľadom k tomu, že sa odlišujú od jedného bodu, sú hustovo sa nachádza v blízkosti gule a viac a viac a viac nesúhlasí od seba, keď z neho odstránia. Ak zvýšime vzdialenosť od sféry dvoch alebo troch krát, hustota čiary v priestorovom modeli (ale nie na našom postavení!) Bude štyri alebo deväťkrát menej. Preto riadky slúžia dva góly. Na jednej strane ukazujú smer sily pôsobiacich na telo, umiestnené vedľa seba do gule Slnka; Na druhej strane, hustota elektrického vedenia ukazuje, ako sa s pevnosťou mení s vzdialenosťou. Obraz na poli na obrázku, správne interpretovaný, charakterizuje smer sily a jeho závislosť na vzdialenosti. Z tohto vzoru je možné čítať záležitosť gravitácie, ako aj z opisu svojej činnosti so slovami alebo ako presným a tvrdohlavým jazykom matematiky. na to prezentácia poľaAko to nazývame, môže sa zdať jasné a zaujímavé, ale nie je dôvod myslieť si, že zavedenie to znamená akýkoľvek skutočný pokrok. Bolo by ťažké preukázať svoju užitočnosť v prípade bremena. Možno niekto zistí, že je užitočné zvážiť tieto riadky nie len vzor, \u200b\u200bale niečo b oleží, a predstaví skutočné kroky sily prechádzajúcich pozdĺž línií. To sa dá urobiť, ale potom rýchlosť pôsobenia pozdĺž elektrických vedení by sa mala považovať za nekonečne veľká. Sila pôsobiaca medzi oboma orgánmi podľa zákona Newtona závisí len na vzdialenosti; čas nie je zahrnutý do úvahy. Pre prenos energie z jedného tela na iný žiadny čas. Ale pretože pohyb s nekonečnou rýchlosťou nehovorí nič k žiadnej rozumnej osobe, inšpirujúce pokus, aby sa naše kreslenie čokoľvek b orizu ako model, nič vedie k ničomu. Ale nemáme v úmysle diskutovať o probléme hrobu. Slúžila nám len zavedením, ktorá zjednodušuje vysvetlenie podobných metód odôvodnenia v teórii elektriny.
Začneme s diskusiou o experimente, ktorá viedla k vážnym ťažkostiam v mechanických názoroch. Nech máme aktuálny prúd vodičom, ktorý má tvar kruhu. V centre tohto otáčania je magnetická šípka. V čase aktuálneho nastavenia sa objaví nová sila, ktorá pôsobí na magnetickom póle a kolmé na potrubnú čiaru spájajúcu drôt a pól. Táto sila spôsobená nabitím okolo obvodu závisí, ako je znázornené skúsenosťami Rouland, z miery nabíjania. Tieto experimentálne fakty sú v rozpore so zvyčajným vzhľadom, podľa ktorého by všetky sily mali pôsobiť cez čiaru spojovacie častice a môžu závisieť len na vzdialenosti.
Presný výraz pre pevnosť, s ktorou sú aktuálne akty na magnetickom póle veľmi ťažké; V skutočnosti je oveľa ťažšie vyjadriť sily gravitácie. Môžeme sa však pokúsiť prezentovať svoje činy tak jasne, ako sme urobili v prípade sily. Naša otázka je: Akú silu pôsobí na magnetickom póle, umiestnený niekde blízko vodiča, cez ktorý súčasný ide? Bolo by dosť ťažké opísať túto silu so slovami. Dokonca aj matematický vzorec by bolo ťažké a nepohodlné. Je oveľa lepšie si predstaviť všetko, čo vieme o pôsobení síl, pomocou obrazu alebo skôr pomocou priestorového modelu s elektrickými vedeniami. Niektoré ťažkosti sú spôsobené tým, že magnetický pól existuje len v spojení s iným magnetickým pólom, ktorý tvorí dipól. Vždy sa však môžeme predstaviť, že magnetický dipól takejto dĺžky, že bude možné zohľadniť silu pôsobiacu len na póle, ktorá je umiestnená v blízkosti prúdu. Druhý pól môže byť považovaný za tak vzdialený, že sila pôsobiaca na neho nemôže byť braná do úvahy. Pre definitívu predpokladáme, že magnetický pól umiestnený v blízkosti drôtu, na ktorom je prúdové toky pozitívne.
Povaha sily pôsobiaceho na pozitívnom magnetickom póle môže byť zrejmé z obr. 50. Šípky v blízkosti drôtu ukazujú smer prúdu z najvyššieho potenciálu na nižšie.
|
Všetky ostatné trate - elektrické vedenia poľa tohto prúdu ležiace v určitom lietadle. Ak je výkres správne vyrobený, tieto riadky nám môžu dať predstavu o smere vektora, ktorý charakterizuje účinok prúdu k pozitívnemu magnetickému pólu a dĺžku tohto vektora. Sila, ako vieme, je vektor a určiť ho, musíme poznať smer vektora a jeho dĺžky. Máme záujem najmä o otázku smeru sily pôsobiaceho na póle. Naša otázka je: Ako môžeme nájsť na základe obrázka, smer sily v ktoromkoľvek mieste priestoru?
Pravidlo určovania smeru sily pre takéto model nie je taký jednoduchý ako v predchádzajúcom príklade, kde boli riadky sily rovné. Na uľahčenie uľahčenia uvažovania na nasledujúcom obrázku (obr. 51), je nakreslený iba jeden elektrický riadok. Vektor Power leží na dotyčnici elektrického vedenia, ako je uvedené na obrázku. Šípka výkonu vektora sa zhoduje v smere šípky na elektrické vedenia. V dôsledku toho tento smer, v ktorom silou pôsobí na magnetickom póle v tomto bode. Dobré kreslenie alebo skôr dobrý model Niečo nám tiež hovorí o dĺžke vektora veku kdekoľvek. Tento vektor by mal byť dlhší, kde sú čiary usporiadané viac husto, t.j. v blízkosti vodiča a kratšie, kde sú čiary umiestnené menej tesné, t.j. ďaleko od vodiča.
Týmto spôsobom, elektrické vedenia alebo, inými slovami, pole nám umožňuje určiť sily pôsobiace na magnetickom póle v ktoromkoľvek mieste priestoru. Aj keď je to jediné odôvodnenie starostlivého výstavby v teréne. Vedieť, čo ovyjadruje pole, zvážime s hlbšími úrokovými vedeniami súvisiacimi s prúdom. Tieto čiary sú podstatou kruhu; Obklopujú vodič a ležia v rovine kolmej na rovinu, v ktorej sa slučka nachádza s prúdom. Vzhľadom na povahu sily na obrázku sa opäť dospeli k záveru, že sila pôsobí v smere kolmom na ľubovoľnú čiaru spájajúcu vodič a pól, pre dotyčník kruhu je vždy kolmý na jeho polomer. Všetky naše znalosti o činnostiach síl môžeme zhrnúť pri výstavbe poľa. Predstavujeme koncepciu poľa spolu s pojmami aktuálneho a magnetického pólu, aby sme jednoducho predložili súčasné sily.
|
Akýkoľvek prúd je spojený s magnetickým poľom; Inými slovami, na magnetickom póle, umiestnenej v blízkosti vodiča, podľa ktorého prúd prúdi, určitá sila vždy pôsobí. POZNÁMKA Pri prechode, že tento aktuálny majetok nám umožňuje vytvoriť citlivé zariadenie na detekciu prúdu. Keď sa naučil raz rozpoznať charakter magnetických síl z modelu oblasti spojeného s prúdom, budeme vždy nakresliť pole obklopujúce vodič, cez ktorý súčasné prúdi, aby prezentoval účinok magnetických síl v ktoromkoľvek mieste priestoru. Ako prvý príklad považujeme takzvaný solenoid. Je to špirála s drôtom, ako je znázornené na obr. 52. Našou úlohou je študovať s pomocou skúseností Všetko, čo môžete vedieť o magnetickom poli spojenej s aktuálnym prúdom solenoidom a kombinovať tieto vedomosti v oblasti výstavby. Kresba nás predstavuje výsledok. Zakrivené elektrické vedenia sú zatvorené; Obklopujú solenoid, charakterizujú magnetické pole prúdu.
Pole tvorené magnetickou tyčou môže byť reprezentovaná ako rovnaká cesta ako aktuálne pole. Obr. 53 ukazuje. Powerové vedenia sú zamerané na pozitívny pól na negatívne. Napájací vektor vždy leží na dotyku elektrického vedenia a je najväčší v blízkosti pólu, pretože elektrické vedenia sú na týchto miestach najhrubšie. Silný vektor vyjadruje účinok magnetu na pozitívnom magnetickom póle. V tomto prípade je magnet, a nie prúd, "zdroj" poľa.
Mali by ste starostlivo porovnať posledné dva obrázky. V prvom prípade máme magnetické pole prúdu prúdu solenoidom, v druhej - pole magnetickej tyče. Nebudeme venovať pozornosť solenoidu a tyči a zvážte len vonkajšie polia, ktoré sú vytvorené. Okamžite si všimneme, že sú úplne rovnaké; V obidvoch prípadoch sa elektrické vedenia prejdú z jedného konca - solenoid alebo tyč - do druhého.
Myšlienka poľa prináša svoje prvé ovocie! Bolo by veľmi ťažké vidieť akúkoľvek výraznú podobnosť medzi prúdovým prúdom solenoidom a magnetickou tyčou, ak sa nenachádza v štruktúre poľa.
Koncepcia poľa môže byť teraz vystavená oveľa vážnejšiemu testu. Čoskoro uvidíme, či je to viac ako nová prezentácia súčasných síl. Mohli by sme povedať: povedzme minútu, že pole, a to len charakterizuje rovnaký spôsob, ako všetky akcie určené jeho zdrojom. Toto je len predpoklad. To by znamenalo, že ak má solenoid a magnet rovnaké pole, potom by všetky ich činnosti mali byť rovnaké. Znamenalo by to, že dve solenoidy, pre ktoré prúdi elektrické prúdenia, sa správajú ako dve magnetické tyče; To, čo navzájom priťahujú alebo odpudzujú v závislosti od vzájomnej pozície, je úplne rovnaký, ako sa koná v prípade magnetických tyčí. Znamenalo by to tiež, že solenoid a tyč priťahujú a odpudzujú sa rovnako ako dva tyče. Stručne povedané, že by znamenalo, že všetky akcie solenoidu, podľa ktorého sú súčasné toky, a akcie zodpovedajúcej magnetickej tyče sú rovnaké, pretože pole je nevyhnutné, a pole v oboch prípadoch má rovnaký charakter. Experiment plne potvrdzuje náš predpoklad!
Ako ťažké by bolo predvídať tieto fakty bez konceptu poľa! Expresia pre silu pôsobiacu medzi vodičom, cez ktorý prúd prúdi a magnetický pól je veľmi ťažké. V prípade dvoch solenoidov by sme museli preskúmať sily, s ktorými sa obidva prúdy konajú na seba. Ale ak to urobíme s pomocou poľa, okamžite určíme povahu všetkých týchto akcií, akonáhle sa deteguje podobnosť medzi elektromagnetickým poľa a pole magnetického tyče.
Máme právo veriť, že pole je niečo oveľa viac, než sme si najprv sme mysleli. Vlastnosti samotného poľa sú nevyhnutné pre opis fenoménu. Rozdiel v zdrojoch poľa je zanedbateľný. Hodnota koncepcie poľa sa nachádza v tom, že vedie k novým experimentálnym faktom.
Pole sa ukáže ako veľmi užitočná koncepcia. Vznikol ako niečo umiestnené medzi zdrojom a magnetickou šípkou, aby ste opísali aktuálnu silu. Premýšľali o tom ako "agent" prúdu, prostredníctvom ktorého boli vykonané všetky činnosti prúdu. Ale teraz agent pracuje ako prekladateľ, prekladá zákony na jednoduché, jasné, ľahko pochopiteľné jazyk.
Prvý úspech popisu pomocou poľa ukázal, že to môže byť vhodné na posúdenie všetkých činností prúdov, magnetov a poplatkov, t.j. preskúmanie nie je priamo, ale pomocou poľa ako prekladateľ. Pole je možné zobraziť ako niečo, čo je vždy spojené s prúdom. Existuje, aj keď nie je magnetický pól, s ktorým môžete zistiť jeho prítomnosť. Pokúsime sa dôsledne postupovať podľa tohto nového vodiaceho vlákna.
|
Oblasť nabitého vodiča je možné zadať takmer rovnakým spôsobom ako pole alebo pole prúdu alebo magnet. UŽÍVAJTE NAJVYŠŠIE PRÍKROČNOSTI. Ak chcete nakresliť pole pozitívne nabitej sféry, musíme položiť otázku: Aký druh sily konajú na malom pozitívne nabitom skúšobnom tele, umiestnené v blízkosti zdroja poľa, t.j. v blízkosti nabitej sféry? Skutočnosť, že berieme pozitívne, a nie negatívne nabitý skúšobný orgán, je jednoduchá zmluva, ktorá určuje, ako by mali byť šípky pevnosti vytiahnuté. Tento model (Obr. 54) je podobný oblasti oblasti gravitácie v dôsledku podobnosti zákonov Coulomb a Newton. Jediným rozdielom medzi oboma modelmi je, že šípky sa nachádzajú v opačných smeroch. V skutočnosti sa odpudzujú dva pozitívne poplatok a priťahuje sa dve masy. Avšak, oblasť sfér s záporným nábojom (obr. 55) bude totožná s oblasťou gravitácie, pretože malý pozitívny náboj pritiahne zdroj poľa.
Ak je elektrický náboj, a magnetický pól je sama, potom neexistuje žiadna interakcia medzi nimi - ani príťažlivosť, žiadne odpudzovanie. Vyjadrenie takejto skutočnosti v jazyku poľa, môžeme povedať: Elektrostatické pole nemá vplyv na magnetostatické a naopak. Slová "statické pole" znamená, že hovoríme o poli, ktoré sa časom nezmení. Magnety a poplatky by mohli vždy zostať navzájom, ak žiadna vonkajšia sila poruší ich stav. Elektrostatické, magnetostatické a gravitačné polia sa líšia v prírode. Nemiešajú: každý si zachováva svoju individualitu bez ohľadu na ostatných.
Poďme sa vrátiť do elektrickej gule, ktorá bola doteraz sám, a predpokladala, že prišla v dôsledku pôsobenia nejakej vonkajšej sily. Nabitá guľa sa pohybuje. V jazyku poľa tento výraz znamená: Oblasť elektrického náboja sa mení s časom. Hnutie tejto nabitej sféry je však rovnocenný s prúdom, pretože to už vieme od skúseností s ROWLAND. Ďalej je každý prúd sprevádzaný magnetickým poľom. Reťazec našich záverov je teda:
Nabíjacia prevádzka → Elektrická zmena
Aktuálne → Magnetické pole spojené s prúdom.
Preto sme dospeli k záveru:
Zmena elektrické polePresunutý pohybom nábytok je vždy sprevádzaný magnetickým poľom.
Náš záver je založený na Erstedovej skúsenosti, ale obsahuje niečo viac. Obsahuje uznanie, že spojenie elektrického poľa, ktorý sa pohybuje s časom, s magnetickým poľom je pre naše ďalšie závery veľmi významné.
Keďže poplatok zostáva sami, existuje len elektrostatické pole. Akonáhle sa náboja dostane do pohybu, nastáva sa magnetické pole. Môžeme povedať viac. Magnetické pole spôsobené dopravným pohybom bude silnejšie ako poplatok a rýchlejšie sa pohybuje. To je tiež záver od skúseností Rowland. Pomocou zadnej časti poľa môžeme povedať: Čím rýchlejšie sa zmení elektrické pole, čím silnejší magnetické pole ho sprevádzajú.
Budeme sa snažiť prekladať dobre známe fakty pre nás z jazyka teórie kvapaliny, vyvinutý podľa starých mechanikov, do nového poľa poľa. Neskôr uvidíme, aké jasné je náš nový jazyk je inštruktívny a komplexne.
Relativity a mechaniky
Teória relativity s nutnosťou vzniká z vážnych a hlbokých rozporov v starej teórii, z ktorých sa zdalo, že nebol žiadny výstup. Silový nová teória Skladá sa v konzistencii a jednoduchosti, s ktorou umožňuje všetky tieto ťažkosti s použitím len niekoľkých veľmi presvedčivých predpokladov.
Hoci teória vznikla z problému v teréne, mala by sa vzťahovať na všetky fyzické zákony. Zdá sa, že obtiažnosť sa tu objavujú. Zákony oblasti, na jednej strane a zákony mechaniky - na druhej strane majú úplne iný charakter. Elektromagnetické pole rovnice sú invariantné vzhľadom na transformácie Lorentz a mechaniky sú invariantné vzhľadom na klasické transformácie. Teória relativity však vyžaduje, aby všetky zákony prírody boli invariantné, pokiaľ ide o Lorentz, a nie klasické transformácie. Ten sú len špeciálny, obmedzujúci prípad transformácií Lorentz, keď relatívna rýchlosť oboch súradnicových systémov sú veľmi malé. Ak áno, potom by sa klasická mechanika mala zmeniť, aby ju koordinovala s požiadavkou invazedu s ohľadom na transformácie Lorentz. Alebo inými slovami, klasická mechanika nemôže byť spravodlivá, ak sa rýchlosť osvetľuje rýchlosť svetla. Prechod z jedného súradnicového systému do druhého môže byť vykonaný len jedinou cestou - prostredníctvom transformácie Lorentzu.
Klasická mechanika sa nebola ťažko meniť, takže nie je v rozpore s teóriou relativity, ani materiál získaný pozorovaním a vysvetlený klasickou mechanikou. Starý mechanik je platný pre nízke rýchlosti a vytvára udalosť novej mechaniky.
Je zaujímavé zvážiť akýkoľvek príklad zmeny v klasickej mechanike, čo robí teóriu relativity. Možno nás bude viesť k niektorým záverom, ktoré experiment môže potvrdiť alebo vyvrátiť.
Predpokladajme, že telo, ktoré má určitú hmotnosť pohybuje pozdĺž čiary a je vystavená vonkajšej silu pôsobiacej v smere pohybu. Sila, ako vieme, je úmerná zmene rýchlosti. Alebo povedať jasnejšie, nezáleží na tom, či toto telo zvyšuje jeho rýchlosť v jednej sekunde od 100 do 101 metrov za sekundu, alebo zo 100 kilometrov na 100 kilometrov a jeden meter za sekundu, alebo od 300.000 kilometrov na 300 000 kilometrov a jedného metra druhý. Sila potrebná na komunikáciu s týmto telom akejkoľvek špecifickej zmeny rýchlosti je vždy rovnaká.
Je to situácia, pokiaľ ide o teóriu relativity? V žiadnom prípade! Tento zákon je spravodlivý len pre nízke rýchlosti. Aká je teória relativity, zákon pre vysoké rýchlosti, ktoré sa približujú k rýchlosti svetla? Ak je rýchlosť veľká, je potrebné mimoriadne veľkú moc zvýšiť. Nie je to isté, čo je vôbec - zvýšiť jeden meter za sekundu, rýchlosť rovná asi 100 m / s, alebo rýchlosť sa blíži svetlu. Čím bližšie rýchlosť na rýchlosť svetla, tým ťažšie je zvýšiť. Keď je rýchlosť rovná rýchlosti svetla, je to už nemožné zvýšiť. Nový, ktorý robí teóriu relativity, nie je úžasná. Rýchlosť svetla je horná hranica pre všetky rýchlosti. Žiadna konečná sila, ako keby bola väčšia, to bolo, nemôže spôsobiť zvýšenie rýchlosti nad týmto limitom. Na mieste starého zákona mechaniky, ktoré viažu silu a meniace sa rýchlosť, objaví sa zložitejšie právo. Z nášho nového hľadiska sú klasická mechanika jednoduchšia, pretože takmer vo všetkých pozorovaní sa zaoberáme rýchlosťami, výrazne menšie ako rýchlosť svetla.
Kravské telo má určitú hmotu, tzv hmotnosť odpočinku.Vieme z mechaniky, že každé telo odoláva meniť jeho pohyb; Čím väčšia je hmotnosť, silnejšia rezistencia a menej hmotnosť, tým slabšia je rezistencia. Ale v teórii relativity máme niečo viac. Telo odoláva zmenu je silnejšia ako nielen v prípade, keď je viac pokojovej hmotnosti, ale aj keď je jeho rýchlosť väčšia. Telo, ktorého rýchlosť by sa blížili k rýchlosti svetla, by mali veľmi silnú odolnosť voči vonkajším silám. Volasical Mechanics Odpor toto telo Vždy je niečo nezmenené, charakterizované len jeho hmotnosťou. V teórii relativity závisí od hmotnosti odpočinku a od rýchlosti. Odpor sa stane nekonečne veľkým, pretože rýchlosť sa približuje rýchlosti svetla.
Uvedené závery nám umožňujú podliehať teórii experimentálneho overenia. Sú mušle pohybujúce sa s rýchlosťou v blízkosti rýchlosti svetla, odolnosť voči pôsobeniu vonkajšej sily, pretože predpovedá teória? Vzhľadom k tomu, tieto pozície teórie relativity sú vyslovené vo forme kvantitatívnych vzťahov, mohli by sme potvrdiť alebo vyvrátiť teóriu, ak by sme mali škrupiny s pohyblivými rýchlosťami v blízkosti rýchlosti svetla.
Naozaj nájdeme v povahe škrupín s takýmito rýchlosťami. Atómy rádioaktívnej látky, napríklad radium, pôsobia ako batéria, ktorá strieľa projektily pohybujúce sa s obrovskými rýchlosťami. Nevstupujeme do podrobností, môžeme len označiť jeden z najdôležitejších názorov modernej fyziky a chémie. Všetka látka na svete je konštruovaná zo základných častíc, ktorých počet odrôd je malý. Rovnako ako toto, v jednom meste budovy je rozdielne vo veľkosti, dizajne a architektúre, ale na stavbe všetkých z nich, z chaty na mrakodrap, tehly používajú len veľmi málo odrôd, to isté vo všetkých budovách. Takže všetky dobre známe chemické prvky nášho materiálu sveta - z najjednoduchšieho vodíka až po najťažšie urán - sú postavené z rovnakého druhu tehál, t.j. rovnakého druhu elementárnych častíc. Najťažšie prvky sú najťažšie budovy - nestabilné a rozpadajú sa, alebo, ako hovoríme, sú rádioaktívne. Niektoré tehly, t.j. základné časticeZ ktorého sa rádioaktívne atómy skladajú, niekedy emitované s veľmi veľkými rýchlosťami v blízkosti rýchlosti svetla. Atóm prvku, povedzme, že radium, podľa nášho moderného výhľadu, potvrdené mnohými experimentmi, má komplexnú štruktúru a rádioaktívny rozpak je jedným z týchto javov, v ktorých je atóm konštruovaný zo zjednodušených tehál - elementárnych častíc.
S pomocou veľmi vtipných a komplexných experimentov môžeme zistiť, ako častice odolávajú pôsobeniu vonkajšej sily. Experimenty ukazujú, že odpor týchto častíc závisí od rýchlosti, a tak ako je predpovedaná teóriou relativity. V mnohých iných prípadoch, kde bolo možné zistiť závislosť od odporu pred rýchlosťou, bola medzi teóriou relativity a experimentu zistená úplná dohoda. Opäť uvidíme základné vlastnosti kreatívnej práce vo vede: predpovede určitých faktorov a potvrdenia podľa ich experimentu.
Tento výsledok vedie k ďalšej dôležitú zovšeobecnenie. Oddychové telo má hmotnosť, ale nemá kinetickú energiu, t.j. energiu pohybu. Pohyblivé telo má hmotnosť a kinetickú energiu. Odoláva zmenu rýchlosti silnejšie ako pokojové telo. Zdá sa, že kinetická energia Zdá sa, že pohyblivé telo zvyšuje jeho odolnosť. Ak majú dve telá rovnakú hmotnosť odpočinku, telo s väčšou kinetickou energiou odoláva účinku vonkajšej sily silnejšie.
Predstavte si krabicu naplnenú guľôčkami; Nechajte box a loptičky odpočinúť v našom súradnicovom systéme. Aby ste ho zvýšili jeho rýchlosť, vyžaduje sa určitá sila. Bude však táto sila produkovať rovnakú rastúcu rýchlosť v rovnakom časovom období, ak sa loptičky v krabici rýchlo pohybujú vo všetkých smeroch, ako je molekuly v plyne, so stredným rýchlostiam blízko rýchlosti svetla? Teraz to bude potrebné oenergia, pretože zvýšená kinetická energia guličiek zvyšuje odolnosť voči zásuvke. Energia, v každom prípade, kinetická energia, odoláva pohyb, ako aj so závažnou hmotnosťou. Je to pravda pre všetky druhy energie?
Teória relativity na základe jej základných ustanovení dáva jasnú a presvedčivý odpoveď na túto otázku, odpoveď je opäť kvantitatívna: Akákoľvek energia odoláva zmenu pohybu; Všetky energie sa chová ako látka; Kus železa váži viac, keď je červená pre horúcu, než keď je studená; Žiarenie emitované slnkom a prechodom cez priestor obsahuje energiu, a preto má hmotnosť; Slnko a všetky vyžarujúce hviezdy strácajú váhu kvôli žiareniu. Tento záver je úplne všeobecný v prírode, je dôležitým úspechom teórie relativity a spĺňa všetky fakty, ktoré boli priťahované k jeho kontrolu.
Klasická fyzika umožnila dve látky - látka a energiu. Prvá hmotnosť bola hmotnosť a druhá bola nevoľnosť. V klasickej fyzike sme mali dve zákony o ochrane: jedna - pre látku, druhú energiu. Už sme zvýšili otázku, či moderná fyzika zachováva tento pohľad na dve látky a dva ochrany zákona. Odpoveď je: Nie. Podľa teórie relativity neexistuje žiadny významný rozdiel medzi hmotnosťou a energiou. Energia má hmotnosť a hmotnosť je energia. Namiesto dvoch zákonov o ochrane máme len jeden: zákon zachovania masovej energie. Tento nový vzhľad bol veľmi plodný Ďalší vývoj Fyziky.
Ako sa to stalo, že skutočnosť, že energia má hmotnosť a hmotnosť je energia, takže dlho zostala neznáma? Vážili kúsok vyhrievaného železa viac ako kúsok chladu? Teraz odpovieme "ÁNO", ale predtým, ako odpovedali "nie". Stránky ležiace medzi týmito dvoma odpoveďami, samozrejme, nemôžu skryť toto rozporu.
Ťažkosti, ktoré tu stoja pred nami, rovnaký poriadok, ktorý sme sa stretli a predtým. Zmena hmotnosti predpovedané teóriou relativity je nesmierne, nemôže byť zistená priamym vážením aj s veľmi citlivými váhami. Dôkaz o tom, čo energia nie je nevoľnosť, je možné získať mnohými veľmi presvedčivými, ale nepriamymi cestami.
Dôvodom tohto nedostatku priamych dôkazov spočíva v veľmi malej hodnote výmeny medzi látkou a energiou. Energia vo vzťahu k hmotnosti je podobná bránenej mene prijatej v porovnaní s menou vysokej hodnoty. Jeden príklad bude jasný. Množstvo tepla schopného otáčania 30 tisíc ton vody do párov by zvážilo jeden gram. Energie takejto dlhodobej zváženej bezdôdze jednoducho preto, že hmotnosť, ktorá jej odpovedá, bola príliš malá.
Stará energetická látka je druhou obeťou teórie relativity. Prvým bolo médium, v ktorom sa šíria svetlo vlny.
Účinok teórie relativity ďaleko presahuje problémy, ktoré vznikli. Odstraňuje ťažkosti a rozpory teórie poľa; Formuluje všeobecnejšie mechanické zákony; Nahrádza dve zákony o ochrane; Zmení náš klasický absolútny čas. Jeho hodnota nie je obmedzená na sféru fyziky; Vytvára zdieľanú exu pokrývajúcu všetky javy prírody.
Spatio-temporálne kontinuum
"Francúzska revolúcia začala v Paríži 14. júla 1789." Táto ponuka má miesto a čas udalostí. K tomu, kto tento vyhlásenie počuje prvýkrát a kto nevie, čo Paríž znamená, bolo by možné povedať: Toto je mesto na našej krajine, ktorá sa nachádza na 2 ° východnej zemepisnej dĺžke a 49 ° severnej zemepisnej šírke. Dve čísla by boli charakterizované potom miesto a 14. júla 1789 - čas, ktorý sa udalosť vyskytla. V fyzike, presná charakteristika, keď sa udalosť vyskytla, je mimoriadne dôležitá, oveľa dôležitejšia ako v histórii, pretože tieto čísla tvoria základ kvantitatívneho opisu.
V záujme jednoduchosti sme sa považovali len len pohybom pozdĺž rovného. Náš súradnicový systém bol pevný prút so začiatkom, ale bez konca. Uložte tento limit. Poznámka na tyčí rôzne body; Pozícia každej z nich môže byť charakterizovaná iba jedným číslom - súradnicový bod. Hovoriť, že súradnica bodu je 7,586 m, myslíme, že jeho vzdialenosť od začiatku tyče je 7,586 m. Naopak, ak ma niekto nastaví na ľubovoľné číslo a merné merné, vždy môžem nájsť bod na tyč zodpovedajúce tomuto číslu. Vidíme, že každé číslo zodpovedá určitému bodu na tyči a každý bod zodpovedá určitému číslu. Táto skutočnosť je vyjadrená matematikov v nasledujúcej vete:
Všetky body tyče tvoria jednorozmernú kontinuum.
Potom je tu bod, koľko je blízko tohto bodu tyče. Môžeme spojiť dve vzdialené body na tyč blízkosti v blízkosti segmentov umiestnených jeden po druhom, z ktorých každý je malý. Skutočnosť, že tieto segmenty, ktoré viažu vzdialených bodov, môžu byť považované za malé ako malé, je charakteristika kontinua.
Urobte iný príklad. Nech máme lietadlo alebo ak dávate prednosť všetkému špecifickejšie, povrch obdĺžnikového stola (Obr. 66). Poloha bodu na tejto tabuľke môže byť charakterizovaná dvoma číslami a nie jeden, ako predtým. Dve čísla Essence vzdialenosti od dvoch kolmých okrajov stola. Nie jedno číslo a pár čísel zodpovedá každému bodu roviny; Každý pár čísel zodpovedá určitému bodu. Inými slovami, lietadlo je dvojrozmerné kontinuum.Potom existujú body, ľubovoľne v blízkosti tohto bodu lietadla. Dva vzdialené body môžu byť viazané krivkou rozdelenou na segmenty, ľubovoľne malé. Tak, ľubovoľná malá sila segmentov postupne naskladaná na krivke spájajúcu dva vzdialené body, z ktorých každý môže byť určený dvoma číslami, opäť je charakteristická pre dvojrozmerné kontinuum.
|
Ešte jeden príklad. Predstavte si, že chcete ako súradnicový systém, aby ste zvážili vašu izbu. To znamená, že chcete, aby akúkoľvek polohu tela určovala vzhľadom na steny miestnosti. Poloha stredu lampy, ak môže byť opísaná v troch číslach: dve z nich určujú vzdialenosť od dvoch kolmých stien a tretí je vzdialenosť od podlahy alebo stropu. Každý bod priestoru zodpovedá tri špecifické čísla; Každé tri čísla zodpovedajú určitému bodu v priestore (obr. 67). Toto je vyjadrené ponukou:
Náš priestor je trojrozmerný kontinuum.
Existujú body, ktoré sú veľmi blízke každému špecifikátoru. A opäť, ľubovoľná malá látka linkových segmentov spájajúcich diaľkové body, z ktorých každý je reprezentovaný tromi číslami, existuje charakteristika trojrozmerného kontinua.
Ale všetko je sotva označované na fyziku. Ak sa chcete vrátiť do fyziky, musíte zvážiť pohyb materiálov častíc. Ak chcete preskúmať a predpovedať javy v prírode, je potrebné zvážiť nielen miesto, ale aj čas fyzických udalostí. Urobte si jednoduchý príklad.
Malé kamienky, ktoré si vezmite častice, ktoré patria z veže. Predpokladajme, že výška veže je rovná 80 m. Od času Galilean sme schopní predpovedať súradnice kameňa počas ľubovoľného času po začiatku jeho pádu. Nižšie je "harmonogram", približne opisuje polohu kameňa po 1, 2, 3 a 4 sekundách.
V našom "harmonograme" sú zaregistrované päť udalostí, z ktorých každý je reprezentovaný dvoma číslami - čas a priestorová súradnica každej udalosti. Prvá udalosť je začiatkom pohybu kameňa z výšky 80 m od zeme v čase, keď sa rovná nule. Druhá udalosť je náhoda kameňa s markerom na tyči v nadmorskej výške 75 m od zeme. Toto bude označené po jednej sekunde. Posledná udalosť je rana na kameň zeme.
Potom nakreslite dve kolmé čiary; Jeden z nich, povedzme horizontálne, zavolajte čas oos, vertikálna - priestorová os. Okamžite vidíme, že náš "harmonogram" môže byť zastúpený piatimi bodmi v spatio-time oth rovina (obr. 69).
Vzdialenosti bodov z priestorovej osi sú súradnice času uvedeného v prvom stĺpci "harmonogramu" a vzdialenosť od času oos je ich priestorové súradnice.
|
Rovnaké spojenie je vyjadrené dvoma spôsobmi - pomocou "harmonogramu" a bodov v rovine. Jeden môže byť postavený z druhého. Voľba medzi týmito dvoma myšlienkami je len chuť, pretože v skutočnosti sú obaja ekvivalentné.
Teraz si vezmeme ďalší krok. Predstavte si vylepšený "harmonogram", ustanovenia nie sú pre každú sekundu, ale povedzme, pre každú bunku alebo tisícinu frakciu sekundy. Potom budeme mať mnoho bodov v našom priestorovom čase oth lietadlo. Nakoniec, ak je pozícia daná na každú chvíľu, alebo ako matematika hovorí, ak je priestorová súradnica udelená ako funkcia času, kombinácia bodov sa stáva kontinuálnou čiarou. Preto náš ďalší výkres (obr. 70) neposkytuje fragmentárne informácie, ako predtým, a úplný obraz o pohybe kameňa.
Pohyb pozdĺž pevnej tyče (veže), t.j. Pohyb v jednosmernom priestore je tu prezentovaný vo forme krivky v dvojrozmernom čase om kontinua. Každý bod v našom území om Kontinuum zodpovedá pár čísel, z ktorých jeden oslavuje čas w.a druhá - priestorová súradnica. Naopak, určitý bod nášho územného času om Kontinuum zodpovedá niektorým párom čísel charakterizujúcich udalosť. Dva susedné body sú dve udalosti, ktoré sa vyskytli v miestach blízkeho navzájom, a na chvíľkách času, priamo nasledovať.
Mohli by ste argumentovať proti našej prezentačnej metóde nasledovne: malý význam je reprezentovať čas segmentov a mechanicky ho pripojiť s priestorom, ktorý tvorí dvojrozmerný kontinuum dvoch jednorozmerných kontinuických. Ale potom by ste museli byť tak vážne protestovať proti všetkým grafom, ktoré predstavujú napríklad zmenu teploty v New Yorku počas posledného leta, alebo proti grafom zobrazujúcim zmenu nákladov na celý život v posledných rokoch, pretože každý Z týchto prípadov sa používa rovnaká metóda. Pri teplotných grafoch sa jednorozmerná teplota kontinua spája s jednorozmerným časom sm Kontinuum v dvojrozmernej teplote a dočasnej kontinuime.
Vráťme sa na časticu, ktorá patrí z 80-metrovej veže. Náš grafický vzor pohybu je užitočná dohoda, pretože nám umožňuje charakterizovať pozíciu častice v akomkoľvek svojom časovom okamihu. Vedieť, ako sa pohybuje častica, radi by sme opäť vymanili jej pohyb. Môžete to urobiť dvoma spôsobmi.
Pripomeňme si obraz častíc, ktoré menia svoju pozíciu s časom v jednom rozmerovom priestore. Zobrazíme pohyb ako rad udalostí v jednosmernom priestorovom kontinui. Čas a priestor nemiešujeme pomocou dynamickýobrázok, v ktorom ustanovenia zmenas časom.
Ale môžete zobraziť rovnaký pohyb iným. Môžeme tvoriť statickýobrázok, vzhľadom na krivku v dvojrozmernom čase om kontinua. Teraz je pohyb vnímaný ako niečo špecifikované, existujúce v dvojrozmernom čase om kontinua, a nie ako niečo, zmena v jednorozmernom priestorovom kontinuime.
Oba tieto obrázky sú úplne rovnaké, a preferencie jedného z nich pred tým, ako ostatné je len otázka dohody a chuti.
Skutočnosť, že sa hovorí o dvoch obrázkoch pohybu, nesúvisí s teóriou relativity. Obe reprezentácie môžu byť použité s rovnakým právom, hoci klasická teória skôr uprednostňuje dynamický obraz o popise pohybu, ako sa deje vo vesmíre, statický obraz, ktorý ho opisuje v priestore. Ale teória relativity zmenila tento vzhľad. Jasne si vybrala statický obraz a nachádza sa v tomto zastúpení pohybu, pretože existuje v priestore, pohodlnejší a objektívnejší obraz o realite. Stále musíme odpovedať na otázku, prečo sú tieto dve maľby ekvivalentné z hľadiska klasickej fyziky a nie sú ekvivalentné z hľadiska teórie relativity. Odpoveď bude jasná, ak opäť zvážime, že dva súradnicové systémy sa pohybujú rovno a rovnomerne navzájom.
Podľa klasickej fyziky, pozorovatelia v oboch systémoch sa pohybujú rovno a rovnomerne navzájom nájdu rôzne priestorové súradnice pre tú istú udalosť, ale v rovnakom čase w.koordináciou. V našom príklade je teda štrajk krajiny Zeme charakterizovaná v našom výbere systému časového súradnice okoordinate 4 a priestorové súradnice 0. Podľa klasickej mechaniky, pozorovatelia sa pohybujú rovno a rovnomerne vzhľadom na vybraný súradnicový systém, zistí, že kameň dostane na zem neskôr po štyroch sekundách po začiatku pádu. Každý z pozorovateľov sa však vzťahuje na vzdialenosť k svojmu súradnicovému systému a vo všeobecnosti budú viazať rôzne priestorové súradnice s udalosťou kolízie, hoci čas alebudem koordinovať to isté pre všetkých ostatných pozorovateľov pohybujúcich sa rovno a rovnomerne navzájom. Klasická fyzika pozná len "absolútny" čas, ktorý je súčasný pre všetkých pozorovateľov. Pre každý súradnicový systém môže byť dvojrozmerné kontinuum rozdeliť na dva jednorozmerné kontinuum - čas a priestor. Vďaka "absolútnemu" charakteru času, prechod z "statického" na "dynamický" obraz pohybu má objektívny význam v klasickej fyzike.
Už sme sa uistili, že klasické transformácie nie je možné aplikovať vo fyzike vo všeobecnom prípade. Z praktického hľadiska sú stále vhodné pre nízke rýchlosti, ale nie sú vhodné na zdôvodnenie základných fyzikálnych problémov.
Podľa teórie relativity nebude moment kolízie kameňa so zemou rovnaký pre všetkých pozorovateľov. A čas alei a priestorová súradnica sa bude líšiť v dvoch rôzne systémy Súradnice a zmeniť čas osúradnice budú veľmi viditeľné, ak sa relatívna rýchlosť systémov približuje k rýchlosti svetla. Dvojrozmerné kontinuum nemôže byť rozdelené na dve jednorozmerné kontinuum, ako v klasickej fyzike. Pri definovaní priestorového času nemôžeme zvážiť priestor a čas sx súradnice v inom súradnicovom systéme. Oddelenie dvojrozmerného kontinua do dvoch jednorozmerných je z hľadiska teórie relativity podľa ľubovoľného procesu, ktorý nemá objektívny význam.
Všetko, čo sme práve povedali, nie je ťažké zhrnúť pre prípad pohybu, nie je obmedzený na priamku. V skutočnosti, opísať udalosti v prírode, neplatíte nie dva, ale štyri čísla. Fyzický priestor, ktorý bol chránený cez objekty a ich pohyby, má tri rozmery a polohy objektov sú charakterizované tromi číslami. Moment udalostí je štvrtý. Každá udalosť zodpovedá štyrom špecifickým číslam; V niektorých štyroch číslach zodpovedá konkrétna udalosť určitej udalosti. Preto sa svet podujatí formuje Štvorrozmerné kontinuum.Neexistuje nič mystické a posledná veta je rovnako spravodlivá pre klasickú fyziku a na teóriu relativity. A opäť sa rozdiel zistí len vtedy, keď sa ošetrujú dva súradnicové systémy, voči sebe navzájom sa pohybujú. Nechajte miestnosť pohybovať, a pozorovateľom vo vnútri i mimo nej určiť priestorový čas skoordinácie rovnakých udalostí. Podporovateľ klasickej fyziky prestávok štvorrozmerného kontinua na trojrozmernom priestore a jednorozmerný čas ov kontinue. Starý fyzik sa stará len o transformáciu priestoru, ako je čas na to, že je absolútne. Nájde k rozdeleniu štvorrozmerného globálneho kontinua do priestoru a času prirodzeného a pohodlného. Ale z hľadiska teórie relativity, času, ako aj priestoru, zmeny počas prechodu z jedného súradnicového systému do druhého; V tomto prípade Lorentz transformácie exprimujú transformačné vlastnosti štvorrozmerného územného času okontinuum - Náš štvordimenzionálny svet udalostí.
Svet udalostí môže byť popísaný dynamicky pomocou obrazu, ktorý sa líši v čase a načrtnuté na pozadí trojrozmerného priestoru. Ale môže byť tiež opísaný statickým obrazom, ktorý sa pripustil na pozadí štvorrozmerného času okontinua. Z hľadiska klasickej fyziky, ako obrazy, dynamické a statické, ekvivalentné. Ale z hľadiska teórie relativity je statický obraz pohodlnejší a väčší cieľ.
Dokonca aj v teórii relativity môžeme stále používať dynamický obraz, ak by sme to uprednostňovali. Ale musíme si však uvedomiť, že toto rozdelenie na chvíľu a priestor nemá objektívny bod, ako čas už nie je "absolútny". Potom budeme stále používať "dynamický", a nie "statický" jazyk, ale vždy budeme brať do úvahy jeho obmedzenia.
Všeobecná teória relativity
Zostáva zistiť ďalší moment. Ešte nevyriešili jednu z najzákladnejších otázok: Existuje inerciálny systém? Naučili sme sa niečo o zákonoch prírody, ich invaringu smerom k Lorentzom transformáciám a ich spravodlivosti vo všetkých inerciálnych systémoch sa pohybujú rovno a rovnomerne navzájom. Máme zákony, ale nevieme, že "orgán referencie", ku ktorému by sa mali pripísať.
Aby sa dozvedieť viac o týchto ťažkostiach, porozprávajte sa s fyzikou, ktorý stojí v pozícii klasickej fyziky, a opýtajte sa ho na niektoré jednoduché otázky.
Čo je to inerciálny systém?
Ide o súradnicový systém, v ktorom sú zákony mechaniky spravodlivo. Telo, že vonkajšie sily nekonajú, pohybuje sa v takomto systéme rovno a rovnomerne. Táto vlastnosť nám umožňuje následne rozlišovať systém inerciálneho súradnice z iných.
Ale čo to znamená žiadne vonkajšie sily na telo?
Jednoducho to znamená, že telo sa pohybuje rovno a rovnomerne v systéme inerciálneho súradnice.
Tu by ste mohli opäť dať otázku: "Čo je to inerciálny súradnicový systém?" Ale preto, že existuje málo nádeje na získanie odpovede iné ako vyššie, budeme sa snažiť dosiahnuť konkrétne informácie zmenou otázky.
Je systém, ktorý je pevne spojený s pôdou, inerciálnou?
Nie, pretože zákony mechaniky nie sú prísne spravodlivé na Zemi kvôli jeho rotácii. Súradnicový systém, pevne spojený so Slnkom, môže byť považovaný za zotrvačnú pri riešení mnohých problémov, ale keď hovoríme o otáčaní slnka, opäť dospel k záveru, že súradnicový systém sa s ním nepovažuje za prísne spojené.
Potom presne je váš zotrvačný súradnicový systém a ako by som si mal vybrať stav svojho pohybu?
Toto je len užitočná fikcia, a nemám potuchy, ako ho implementovať. Keby som mohol byť izolovaný zo všetkých materiálov a oslobodiť sa zo všetkých vonkajších vplyvov, môj súradnicový systém by bol zotrvačníkom.
Čo však myslíte, že hovoríte o súradnicovom systéme bez všetkých externých vplyvov?
Mám na mysli, že súradnicový systém je zotrvačník. Vrátili sme sa do našej pôvodnej otázky! Naša konverzácia odhaľuje vážne ťažkosti s klasickou fyzikou. Máme zákony, ale nevieme, aký odkaz, ktorý by mal byť pripisovaný, a všetka naša fyzická konštrukcia sa ukáže, že je postavený v piesku.
Môžeme pristupovať k rovnakým problémom z iného hľadiska. Pokúsime sa predstaviť, že v celom vesmíre je len jedno telo, ktoré robí náš koordinný systém. Toto telo sa začína otáčať. Podľa klasickej mechaniky sa fyzické zákony pre rotujúce telo líšia od zákonov pre infračervené telo. Ak je princíp zotrvania spravodlivý v jednom prípade, nie je fér. Ale všetko znie veľmi pochybné. Je možné zvážiť pohyb len jedného tela v celom vesmíre? Pod pohybou tela vždy chápeme zmenu v jeho polohe v porovnaní s iným telom. Preto hovoriť o pohybe jedného tela - to znamená odporučiť zdravý rozum. Klasická mechanika a zdravý rozsah sa v tomto odseku líšia. Newton's Recept je taký: Ak je princíp zotrvania platný, systém súradnice buď odpočíva alebo sa pohybuje rovno a rovnomerne. Ak princíp zotrvačnosti nemá silu, telo nie je v priamom a rovnomernom pohybe. Náš záver o pohybe alebo odpočinku závisí od toho, či sa uplatňujú všetky fyzické zákony na tomto súradnicovom systéme.
Vezmite dva telá, ako napríklad slnko a Zem. Pohyb, ktorý sledujeme znova relatívna.Môže byť opísaný pomocou súradnicového systému súvisiaceho buď so Zemou alebo so Slnkou. Z tohto hľadiska je veľký úspech spoločnosti Copernicus preniesť súradnicový systém zo zeme na slnku. Ale keďže pohybový príbuzný a môžete aplikovať akýkoľvek referenčný orgán, ukázalo sa, že nie je dôvod uprednostňovať jeden súradnicový systém iný.
Fyzika opäť interferuje a zmení náš všeobecne akceptovaný pohľad. Súradnicový systém spojený so slnkom má väčšiu podobnosť s inerciálnym systémom ako systém spojený so Zemou. Fyzické zákony sú vhodnejšie aplikovať v systéme Copernicus ako v systéme Ptolemy. Veľkosť otvoru Copernicus môže byť vysoko cenená len z fyzického hľadiska. Fyzika ukazuje, že na opis pohybu planét má koordinný systém, pevne spojený so Slnkom, má obrovské výhody.
V klasickej fyzike nie je absolútne priamočiary a jednotný pohyb. Ak sa dva súradnicové systémy pohybujú rovno a rovnomerne relatívne navzájom, potom nie je dôvod povedať: "Tento systém odpočíva, a ostatné ťahy." Ale ak sú obe systémy súradníc v indiskriminácii a nerovnomernom pohybe voči sebe navzájom, potom existuje úplný dôvod povedať: "Tento telo sa pohybuje, a druhý sa odpočíva (alebo sa pohybuje rovno a rovnomerne)." Absolútny pohyb má tu úplne definitívny význam. Na tomto mieste medzi zdravým rozumom a klasickou fyzikou je široká priepasť. Uvedené ťažkosti súvisiace s inerciálnym systémom, ako aj ťažkosti súvisiacimi s absolútnym pohybom sú úzko súvisiace. Absolútny pohyb je možné len kvôli myšlienke inerciálneho systému, pre ktorý sú zákony prírody spravodlivé.
Môže sa zdať, že by neexistovala žiadna cesta z týchto ťažkostí, v ktorých sa nimi nemôže vyhnúť sa fyzickej teórii. Zdroj spočíva v tom, že zákony prírody sú platné len pre špeciálnu triedu koordinovaných systémov, a to pre inerciálne. Schopnosť vyriešiť tieto ťažkosti závisí od odpovede na ďalšiu otázku. Môžeme formulovať fyzické zákony takým spôsobom, že sú platné pre všetky súradnicové systémy, nielen pre systémy pohybujúce sa rovno a rovnomerne, ale aj pre systémy sa pohybujú úplne svojvoľne vo vzťahu k sebe? Ak sa to dá urobiť, potom sa naše ťažkosti vyriešia. Potom budeme môcť uplatniť zákony prírody v akejkoľvek súradnicovom systéme. Boj medzi názormi Ptolemy a Copernicus, tak krutý v prvých dňoch vedy by sa stal úplne nezmyselný. Každý súradnicový systém by sa mohol uplatňovať na rovnakom základe. Dve vety - "Slnko odpočíva, a zem sa pohybuje" a "slnko sa pohybuje, a Zem sa pohybuje," - by jednoducho znamenali dve rôzne dohody na dvoch rôznych súradnicových systémoch.
Mohli by sme stavať skutočnú relativistickú fyziku, spravodlivé vo všetkých súradnicových systémoch, fyziku, v ktorej by nebolo absolútne, ale len relatívny pohyb? To naozaj ukazuje, že je to možné!
Máme aspoň jeden, aj keď veľmi slabý, čo naznačuje, ako vybudovať novú fyziku. Relativistická fyzika sa má skutočne používať vo všetkých súradnicových systémoch, a preto v osobitnom prípade - v inerciálnom systéme. Už sme poznali zákony pre tento inerciálny súradnicový systém. Nový všeobecné zákonyFér pre všetky súradnicové systémy musia byť v osobitnom prípade v inerciálnom systéme, aby sa dostal do starých, známych zákonov.
Problém formulovania fyzických zákonov pre každý súradnicový systém bol povolený takzvaný spoločná teória relativity; \\ T Predchádzajúca teória sa uplatňuje len na inerciálne systémy Špeciálna teória relativity.Tieto dve teórie nemôžu, samozrejme, vzájomne odporujú, pretože by sme mali vždy zahŕňať zákony osobitnej teórie relativity stanovenej skôr vo všeobecných zákonoch pre neinerciálny systém. Ak však skorší bol inerciálny súradnicový systém jediným, pre ktoré boli formulované fyzikálne zákony, teraz bude predstavovať osobitný limit, pretože akékoľvek súradnicové systémy, ktoré sa navzájom približujú.
Taká je program všeobecnej teórie relativity. Ale načrtnutie spôsobu, akým bol vytvorený, musíme byť ešte menej špecifické, než doteraz. Nové ťažkosti, ktoré vznikajú v procese rozvoja vedy, sú nútení našej teórii stále viac a viac abstraktne. Čakáme na iný počet prekvapení. Ale náš konštantný cieľ je všetko najlepšie a lepšie pochopenie reality. Do logického reťazca sa pridáva nové odkazy, ktoré spája teóriu a pozorovanie. Ak chcete vyčistiť cestu vedúcu z teórie k experimentu, z zbytočných a umelých predpokladov na pokrytie čoraz rozsiahlejšieho priestoru faktov, musíme urobiť reťaz a dlhšie a dlhšie. Uľahčiteľné a zásadne naše predpoklady sa stávajú ťažším matematickým nástrojom našich úvah; Cesta z teórie na pozorovanie sa stáva dlhšou, riedkovou a ťažšou. Aj keď to znie paradoxne, ale môžeme povedať: Moderná fyzika je jednoduchšia ako stará fyzika, a preto sa zdá byť zložitejšie a mätúce. Najjednoduchší náš obraz vonkajšieho sveta a tým viac faktov, ktoré pokrýva, tým silnejšie odráža v našich mysliach harmónia vesmíru.
Naša nová myšlienka je jednoduchá: budovať fyziku, len pre všetky súradnicové systémy. Implementácia tejto myšlienky prináša formálnu komplikáciu a núti nás používať iné metódy ako tie, ktoré sa doteraz uplatňovali vo fyzike. Ukážeme tu len vzťah medzi implementáciou tohto programu a dvoma základnými problémami - a geometrie.
Prerušenie kontinuity
Odhalili sme mapu mesta New York a okolie. Pýtame sa: Aké body na tejto mape možno dosiahnuť vlakom? Po preskúmaní týchto položiek na harmonograme, oslavujeme ich na mape. Potom zmeníme otázku a opýtame sa: Aké položky možno dosiahnuť autom? Ak kreslíme na mape linky, čo predstavuje všetky cesty začínajúce v New Yorku, potom akákoľvek položka leží na týchto cestách môže byť prakticky dosiahnutá autom. V oboch prípadoch máme niekoľko bodov. V prvom prípade sú vzdialené od seba a sú rôzne železničné stanice a v druhom sú podstatou bodu pozdĺž diaľnic. Ďalšia naša otázka je o vzdialenosti od každého z týchto bodov z New Yorku alebo pre väčšiu presnosť, z určitého miesta v tomto meste. V prvom prípade určité čísla zodpovedajú bodom na mape. Tieto čísla menia nepravidelne, ale vždy do konečnej veľkosti, skok. Hovoríme: Vzdialenosti od New Yorku na sedadlá, ktoré možno dosiahnuť vlakom, meniť inak.Avšak, vzdialenosť od miest, ktoré možno dosiahnuť autom, môžu sa meniť čo najviac, ako sa môžete zmeniť, môžu sa zmeniť nepretržite.Zmeny vzdialenosti sa môžu rozhodovať ľubovoľne malé v prípade cestovania autom, nie vlakom.
Produkty koalfish sa môžu meniť kontinuálnym spôsobom. Množstvo vyrobeného uhlia môže byť zvýšené alebo znížené ľubovoľne malé časti. Ale počet pracovných kurčiat je možné zmeniť len. Bolo by to čistý nezmysel povedať: "Od včerajška sa počet zamestnancov zvýšil o 3.783."
Muž, ktorý bol spýtal na číslo peňazí vo vrecku, nemôže byť nazývaný, koľko je malé množstvo, ale len hodnota obsahujúca iba dve desatinné znaky. Množstvo peňazí sa môže líšiť len skokom, prerušovane. V Amerike, najmenej možná zmena, alebo, ako to nazývame, "Elementary Quantum" amerických peňazí, je jeden cent. Elementary Quantum of Anglické peniaze je jedno farthing, stojí len polovica amerického elementárneho kvantov. Tu máme príklad dvoch elementárnych Quanta, ktorých hodnota môže byť navzájom porovnávaná. Pomer ich veľkídlov má určitý význam, pretože náklady jednej z nich sú dvojnásobné náklady na druhú.
Môžeme povedať: Niektoré množstvá sa môžu neustále meniť, iné sa môžu meniť len úplne, časti, ktoré sa už nemôžu znížiť. Tieto nemazible porcií sa nazývajú eLEMENTARY CAVTERMItieto hodnoty.
Môžeme vážiť obrovské množstvo piesku a zvážiť ho veľa nepretržitého, hoci jeho zrnitá štruktúra je zrejmá. Ale ak sa piesok stal veľmi vzácnymi a použité váhy boli veľmi citlivé, museli by sme rozpoznať skutočnosť, že piesková hmota sa vždy líši podľa veľkosti, viacnásobná hmotnosť jednej najmenšej častice. Hmotnosť tejto najmenšej častice by bola naším základným kvantom. Z tohto príkladu vidíme, ako sa zistilo, že diskontinuálna povaha hodnoty, v dôsledku zvýšenia presnosti našich meraní.
Ak by sme museli charakterizovať základné myšlienky kvantovej teórie v jednej frázi, mohli by sme povedať: treba predpokladať, že niektoré fyzické množstvá, predtým považované za kontinuálne, pozostávajú z elementárneho množstva.
Oblasť faktov, na ktoré sa vzťahuje kvantová teória, je mimoriadne veľká. Tieto skutočnosti sú otvorené vďaka vysokému rozvoju techniky moderného experimentu. Vzhľadom k tomu, že nemôžeme ukázať ani opísať aj hlavné experimenty, budeme ich často musieť dať výsledky dogmaticky. Naším cieľom je vysvetliť len základné, základné myšlienky.
Elementačná kvantita látka a elektrina
V maľovaní štruktúry látky, ktorým sa vytiahne kinetická teória, sú všetky prvky postavené molekúl. Podniknúť najjednoduchší príklad Najľahší chemický prvok - vodík. Videli sme, ako štúdium brownového pohybu viedla k stanoveniu hmotnosti vodíkovej molekuly. Je to rovnocenné
0.000.000.000.000.000.000.000 003 3 g
To znamená, že hmotnosť je prerušená. Hmotnosť akejkoľvek časti vodíka sa môže meniť len celé číslo najmenších častí, z ktorých každý zodpovedá hmotnosti jednej molekuly vodíka. Chemické procesy však ukázali, že molekula vodíka môže byť rozdelená na dve časti alebo inými slovami, že molekula vodíka pozostáva z dvoch atómov. V chemickom procese zohráva úlohu elementárneho kvantónu atóm, nie molekuly. Vytvorenie vyššie uvedeného čísla, nájdeme hmotnosť atómu vodíka; Je to rovno
0.000.000.000.000.000.000.000 001 7
Hmotnosť je veľkosť prerušovaného. Ale samozrejme, nemali by sme sa o to starať so zvyčajnou definíciou telesnej hmotnosti. Dokonca aj najcitlivejšie váhy sú ani zďaleka dosahovať taký stupeň presnosti, ktorý by zistil ukončovaciu zmenu telesnej hmotnosti.
Terminológia teórie vlny
Jednotné svetlo má určitú vlnovú dĺžku. Vlnová dĺžka červeného konca spektra je dvakrát toľko vlnovej dĺžky fialového konca.
Terminológia kvantovej teórie
Jednotné svetlo pozostáva z fotónov určitej energie. Photon Energy pre červený koniec spektra dvakrát energie fotónu fialovej konca.
Litetura
Mala gіrnich encyklopédia. V 3 tonách / ab. V. S. Bіletsky. - Donetsk: Donbas, 2004. - ISBN 966-7804-14-3..
http://znaimo.com.ua.
Casatkin A. S. základne elektrotechniki. M: Návštevnícka škola, 1986.
Beltssonov L. A. Teoretické zásady elektroltovania. Elektrichni Cola. M: naopak, 1978.
slovari.yandex.ru/dict/bse/article/00061/97100.htm.
Sivukhin D.V. FILI kurz Fіziki - M. T. III. Elektrick
Vývoj fyziky. Vývoj myšlienok z počiatočných konceptov na teóriu relativity a kvantifikácie
Albert Einstein, Leopold Infeld ( za. z angličtiny S. G. SUVOROV)
Fenomény rušenia a difrakcie svetla potvrdzujú svoju vlnovú povahu. Na začiatku storočia XIX, T. Jung a O. Frenel, čím sa vytvorí vlnová teória svetla, považované za ľahké vlny pozdĺžny, t.j. Podobný zvukové vlny. Aby to urobili, museli zaviesť druh hypotetického prostredia Éterv ktorom došlo k proliferácii pozdĺžnych svetelných vĺn. V tom čase sa zdalo neuveriteľné, že svetlo bolo priečne vlny, pretože analogicky s mechanickými vlnami by bolo potrebné predpokladať, že éter je tuhá látka (priečne mechanické vlny nemôžu šíriť v plynnom alebo kvapalnom médiu). V tom čase však boli fakty, ktoré sú v rozpore s pozdravom ľahkých vĺn.
Aj v stredoveku, námorníci priniesli nezvyčajné transparentné kamene z Islandu, ktorí neskôr volali islandský priestor. Neobvyklosť z nich bolo, že keby sme dali kúsok islandskej tmel na akýkoľvek nápis, potom nápis bude vidia cez to.
V roku 1669, dánsky vedec Bartoline informoval zaujímavé výsledky svojich experimentov s kryštálmi Islandu Spade. Pri prechode cez takýto kryštál je lúč rozdelený na dve (obr. 2.6.1). Tieto lúče majú mená riadny ray a nezvyčajný lúča samotný fenomén - dvojitý bemprane.
Riadny lúč podlieha obvyklým refrakčným zákonom a mimoriadny lúč nepodporuje tento zákon. Rámy boli rozdelené aj s ich normálnym poklesom na kryštál islandského slivky. Ak sa kryštál otáča vzhľadom na smer počiatočného lúča, obidva raci sa otáčajú cez kryštál. Bartolin tiež zistil, že v kryštále je nejaký smer, pozdĺž toho, ktorý incidentový lúč nie je rozdelený. Avšak, nemohol poskytnúť vysvetlenie týchto javov.
O niekoľko rokov neskôr, tento objav Bartolin pritiahol pozornosť Guygens, ktorý predstavuje koncepciu optická os kryštálu (Bartolin skutočne otvoril).
Optická os kryštálu Nazýva sa zvolený smer v kryštáli, pozdĺž ktorej sa riadia a mimoriadne lúče šírili bez oddelenia.
V roku 1809 mal francúzsky inžinier E. Malyus skúsenosti s tourmalínovými kryštálmi (transparentné nazelenotné farebné kryštály). V tomto experimente sa svetlo neustále uskutočnilo dvoma identickými doskami z turmalínu. Ak sa druhá doska otáča vzhľadom na prvú, intenzitu svetla vloženého cez druhú dosku sa zmenila z maximálnej hodnoty na nulu (obr. 2.6.2). Závislosť intenzity svetla I. Z rohu j. Medzi optickými osami oboch platní je:
(mALYUSA PRÁVA ), (2.6.1)
kde I. 0 - intenzita dopadajúceho svetla.
Obr. 2.6.3. ale. Obr. 2.6.3. b..
Ani dvojitá žiarovka, ani zákon Malyusu môžu nájsť vysvetlenie v rámci teórie pozdĺžnych svetelných vĺn. U pozdĺžnych vĺn, smer šírenia lúča je os symetrie. V pozdĺžnej vlnici sú všetky smery v rovine kolmej na lúč rovnaký.
Ak chcete pochopiť, ako sa správa priečneho vlna, zvážte vlnu bežiacu kábel vo vertikálnej rovine. Ak na dráhe tejto vlny položte krabicu vertikálnou štrbinou (obr. 2.6.3 ale), potom vlna plynuje plynule v medzere. V prípade, že medzera v krabici je umiestnená horizontálne, potom vlna cez nej už neprechádza (obr. 2.6.3 b.). Takáto vlna sa tiež nazýva plochýpretože Oscilácie sa vyskytujú v jednej (vertikálnej) rovine.
Experimenty s kryštálmi islandského slivky a turmalínu nám umožnili dokázať, že svetelná vlna je priečny. Prvýkrát, odhad priečnych vĺn vyjadrených T. JUDG (1816). Frenel, bez ohľadu na Jung, tiež predložil koncepciu hnuteľnosti svetelných vĺn, zdôvodnil ju s mnohými experimentmi a vytvoril teóriu dvojitého žiarovky svetla v kryštáloch.
V polovici 60. rokov Storočia XIX, Maxwell dospel k záveru, že svetlo je elektromagnetická vlna. Tento záver sa uskutočnil na základe náhody rýchlosti distribúcie. elektromagnetické vlnyktorý sa získava z teórie Maxwell, so známou hodnotou rýchlosti svetla. Časom Maxwell uzavrela existenciu elektromagnetických vĺn, krížovka ľahkých vĺn sa už experimentálne ukázala. Preto Maxwell veril, že prechod elektromagnetických vĺn je ďalším významným dôkazom elektromagnetickej povahy svetla.
V elektromagnetickej teórii svetla tiež zmizol ťažkosti spojené s potrebou zaviesť špeciálne prostredie šírenia vlny, ktoré muselo byť považované za tuhé telo.
V elektromagnetickej vlne vektora a kolmého na seba a ležať v rovine kolmej na smer šírenia vlny. Lietadlo, v ktorom vektor kolíše, zavolá rovina osciláciea lietadlo, v ktorom sa vyskytujú kolísania vektora, polarizačná rovina. Vzhľadom k tomu, že vo všetkých procesoch interakcie svetla s látkou sa hrá vektor napätia elektrického poľa, potom sa nazýva Ľahký vektor. Ak sa, keď je elektromagnetická vlna šíria, ľahký vektor si zachováva svoju orientáciu, takáto vlna sa nazýva lineárny polarizovaný alebo plochý.
Lineárne polarizované svetlo emitované lasermi. Avšak, svetlo emitované konvenčnými zdrojmi (napríklad, \\ t slnečné svetlo, žiarenie žiaroviek atď.), Nie polarizované. Je to spôsobené tým, že atómy vyžarujú svetlo jednotlivými tsyugami nezávisle od seba. Výsledkom je, že vektor vo výslednej svetelnej vlny náhodne mení svoju orientáciu v priebehu času, takže v priemere, že všetky smer oscilácie sa ukážu byť rovnaké.
Svetelná vlna, ktorá smerujúca oscilácie svetelného vektora, sú chaoticky meniť v čase, nazývaný prirodzený alebo nepolralizované svetlo.
Prírodné svetlo, prechádzajúce cez kryštál islandského spat alebo turmalínu, polarizuje. Fenomén dvojitej žiarovky svetla je vysvetlený tým, že v mnohých kryštalických látkach sú indexy refrakcie pre dve vzájomne kolmé na polarizované vlny odlišné. Preto kryštál rozdeľuje lúče prechádzajúce cez nej (obr. 2.6.1). Dva nosníky pri výťažku kryštálu sú lineárne polarizované vo vzájomne kolmých smeroch. Kryštály, v ktorých sa vyskytne dvojitá žiara anizotropický.
Svetlo môže byť polarizované, keď sa odráža alebo rozptyl. Najmä modrá obloha je čiastočne alebo úplne polarizovaná. Polarizácia odrazeného svetla bola najprv pozorovaná Malyusom, keď sa pozrel cez krištáľu Islandu Plisp na odraze nastaveného slnka v oknách Luxemburského paláca v Paríži. Malyus zistil, že odrazené svetlo je polarizované na jeden stupeň alebo iný. Stupeň polarizácie odrazeného lúča závisí od výskytu pádu: s normálnym pádom, odrazené svetlo nie je úplne polarizované, a keď je uhol pod uhlom, ktorý sa nazýva uhol úplnej polarizácie alebo uhol Brutener, odrazený ray je polarizovaný 100%. Keď sa odráža v rohu pivovateľa, odrazené a refrakčné lúče sú navzájom kolmé (obr. 2.5.4). Odrazený lúč je rovnobežný rovnobežný s povrchom.
Pretože A potom je roh pivovaru vo vzorci.
Polarizované svetlo je široko používané v mnohých oblastiach technológie (napríklad na hladké nastavenie svetla, v štúdii elastických stresov atď.). Ľudské oko nerozlišuje medzi polarizáciou svetla a oči nejakého hmyzu, napríklad včely, vnímajú.
| | | | | | 7 |
Ministerstvo školstva Nižný Novgorod región
GBOU SPO "Lukoyan poľnohospodárska technická škola"
Metodický vývoj za akademická disciplína "Fyzika"
Prekročenie svetlých vĺn.
Polarizácia svetla
Vyvinutý: SMIRNOV A.V. Fyzika učiteľov
1 Kvalifikačná kategória
Lukoyanov, 2012
Na stretnutí
Metodická komisia
Matematický a prírodný vedecký cyklus
Protokol č. _____
"__" ________ 2012
Predseda
__________ / N.N. Alexandrov
SCHVÁLENÉ METODICKOU RADA SPO SPO "LUKOYAN Poľnohospodárska technická akadémia"
Číslo protokolu ______
"__" ________ 2012
Predseda
____________________________
Lekcia na tému "Crossing Light Waves. Polarizácia svetla. "
Ciele:
Vzdelávacie:
Vytvárajte podmienky pre štúdium koncepcie "polarizácie svetla", jeho praktickú aplikáciu, na dosiahnutie vedomej asimilácie získaných poznatkov, naučiť využívanie poznatkov získaných v praxi.
Pokračujte v oblasti presnosti, naklonenia, zodpovednosti;
spôsobiť záujem o vzdelávacie akcie;
Zavolajte záujem o študovaný matryal.
Rozvíjať myslenie, školské zručnosti;
Pokračovať v práci na vytváraní zručností na realizáciu problému, vyvodiť závery, na zovšeobecnenie.
Typ lekcie: kombinované.
Vybavenie:
laboratórne vybavenie pre každú tabuľku: 2 polaroid, kus celofánu; Stoh sklenených dosiek.
demonštračné vybavenie: Nastavený polarizáciou svetla, notebooku, notebookov, projektora, interaktívnej dosky, prúdového zdroja, lampy s nízkym napätím na stojan.
Počas tried
I) Organizačný moment(2 minúty.)
Kontrola dochádzky, dostupnosť triedy a študentov k lekcii.
Ii) Kontrola domácich úloh, aktualizácia predtým študovaných
(10 min.)
Testové úlohy na palube, self-test na odpovediach na tabuli, analýza selektívnym prieskumom, elimináciou medzier.
Vysvetlite z fyzického hľadiska, prečo je tráva zelená.
Vysvetlite z fyzického hľadiska ako biele povrchy od čiernej farby.
Akú farbu má najzaujímavejšie sklenené trojuholníkové hranoly?
Aký fenomén vysvetľuje iridcenku farbu mydlových bublín?
Zdroje, ktoré majú rovnakú fázu a frekvenciu, sa nazývajú koherentné.
Môžu byť dve hviezdy na oblohe koherentné svetelné zdroje? Prečo?
Aké sú oscilácie, ktoré sa časom rozprestierajú.
Aký druh vlny sa nazýva pozdĺžny?
Aký druh vlny sa nazýva priečny?
Ako sa nachádzajú vektory E. a V V elektromagnetickej vlne?
Elektromagnetická vlna pozdĺžne alebo priečny?
III) Štúdium nového materiálu(15 minút.)
Problémový experiment
Študent je distribuovaný vybavenie, úloha experimentu sa zobrazí na tabuli:
1) Pozrite sa na lampu pripojenú k zdroju cez polaroid;
2) Otočte polaroid okolo osi, dodržiavajte osvetlenie obrazovky. Produkciu;
3) Nastavte ďalší polaroid medzi polaroidom a obrazovkou a otočte okolo osi najprv, potom ďalší polaroid.
4) Sledujte, ako sa zmení osvetlenie obrazovky. Produkciu.
Heuristická konverzácia
Prvý predpoklad: Svetlo je priečna vlna. Ale v incidentovom zdroji je lúč vlny kolísavý vo všetkých druhoch lietadiel, kolmých na smer šírenia vĺn;
Druhý predpoklad: Polaroid má schopnosť preskočiť svetelné vlny s osciláciou ležiacimi v jednej konkrétnej rovine.
Slovo učiteľ
Teoretické informácie
Tourmaline Crystal polarizuje prirodzené svetlo, t.j. Vyberie (preskočí) oscilácie len v jednej definovanej rovine. Použitím druhého polaridu (analyzátora) je možné určiť polarizačnú rovinu prvého polaridu.
Problémový experiment
Zobrazí sa priradenie experimentu na tabuľu:
1. Vezmite polaroid v mojich rukách a otáčajte okolo osi, pozrite sa na:
laptopová obrazovka;
Obrázok na interaktívnej tabuli;
Žiarovka.
Heuristická konverzácia
Študent je vyzvaný, aby vysvetlil výsledky experimentov.
Svetlo z obrazovky notebooku je polarizované;
Obraz na interaktívnej doske je polarizovaný, os polarizácie pre svetlo rôznych vlnových dĺžok sa nezhoduje.
Svetlo žiarovky nie je polarizované.
Slovo učiteľ
Teoretické informácie
Vysvetlenie zariadenia LCD monitora.
Problém Experiment:
Televízna rádiová komunikácia sa vykonáva na elektromagnetických vlnách.
Pamätajme si jedno z vlastností elektromagnetických vĺn a skúsme ho vysvetliť z pozície poznatkov získaných na dnešnej lekcii.
Demonštrácia skúseností v polarizácii elektromagnetických vĺn (vzdelávací film).
Slovo učiteľ
Vysvetlenie skúseností: Ak je smer kovových tyčí mriežky sa zhoduje so smerom elektrického vektora pevnosti poľa, prúdy sú nadšené v tyčinkách, mriežka pracuje ako vodič a odráža elektromagnetickú vlnu. Ak sa gril otáča 90 °, signál prechádza, pretože v tomto prípade sú tyče kolmé na elektrickým vektorom, a nemôže spôsobiť prúdy v tyčinkách.
Problém Experiment:
Poloha medzi 90 ° prekríženým, rozdrveným plášťom celofánu, otočením v otočení poaroidov okolo osi, len sledovať účinok;
Umiestnite špeciálnu snímku z polarizácie svetla, aby ste pozorovali chromatickú polarizáciu v uhle 90 ° polarioidov, aby ste pozorovali chromatickú polarizáciu, otočte polaroidy okolo osi, len postupujte podľa efektu na obrazovke.
Pripojíme sa cez polaroidový stoh sklenených dosiek, otočíme ich okolo vertikálnej osi k určitému uhlu a otáčaniu polaroidu.
Slovo učiteľ
C. 
elolofan: Cellofan má silnú anizotropiu. Tento obalový materiál je vyrobený z viskózy, spracovania dreva. Pri výrobe celofánovej fólie je silne natiahnuté, stavebné dlhé organické molekuly s reťazami. Polaroidné okuliare: Bodov s jednou alebo dvoma vrstvami polaroidu. Body s dvoma vrstvami polaroidu sa používajú ako stmavná svetlo filtre s premenlivou hustotou: strana skiel vyčnieva, s ktorým sa dva polaroidy môžu otáčať súčasne vzhľadom na dve ďalšie, pevné. S paralelnými polaroidmi, šírky pásma \u003d 40%, s kríženom sa stáva minimálnym (\u003d 0,01%).
Body s jednou vrstvou polaroidu sa aplikujú buď na oddelenie obrázkov alebo na zníženie jasu odrazeného svetla. V prvom prípade je polarizačná rovina oboch filtrov nastavená vzájomne kolmé na svetlo len jednej polarizačnej roviny spadnúť do každého oka. Takéto body boli použité v systéme stereokino, v ktorom boli na obrazovku odoslané dve rámy stereofónnych párov: Polarizačná rovina každého rámu zodpovedala polarizačnej rovine polaridu, cez ktorú by malo svetlo ísť do vhodného oka. V druhom prípade majú polaroidné filtre rovnaké smery polarizačných lietadiel a neovplyvňujú svetlo, polarizované v kolmom rovine. Svetlo odráža v uhle dielektrického média je do značnej miery polarizované. Okuliare vám umožňujú silne oslabiť toto odrazené svetlo, čo umožňuje, napríklad, vyzerať hlboko do vody.
Polarizačné systémy.Pri použití lineárnej polarizácie sú dva obrázky na sebe prekryté pre rovnakú obrazovku cez ortogonálne (umiestnené v uhle 90 stupňov k sebe navzájom) polarizačných filtrov v projektoroch. Súčasne je potrebné použiť špeciálnu striebornú obrazovku, ktorá vám umožní vyhnúť sa depolarizácii a kompenzácii straty jasu (pretože len 0,71 svetlo emitované každým projektorom spadne na obrazovku.
Divák kladie okuliare, v ktorých sú tiež postavené ortogonálne polarizačné filtre; Každý filter teda prechádza len tak, že časť svetelných vĺn, ktorých polarizácia zodpovedá polarizácii filtra a blokuje ortogonálne polarizované svetlo.
Lineárne polarizované okuliare vyžadujú diváka, aby držal hlavu na jednej úrovni, bez toho, aby ho naklonil, inak sa efekt stratí.
Príklad technológie, ktorá využíva lineárnu polarizáciu - IMAX 3D.
Pri použití kruhovej polarizácie sú dva obrazy tiež na sebe prekryté cez filtre s opačne smerovou polarizáciou. Body určené pre divák sú vstavané "analyzujúce" filtre (s opačne smerovou polarizáciou). Na rozdiel od lineárnej polarizácie, ak sa divák nakloní hlavu, je zachovaná separácia ľavého a pravého obrazu a ilúzia stereofónnych snímok sa zachovalo zodpovedajúcim spôsobom.
Strhnúť 
jolarizačné fotoFilts. Účinok týchto filtrov je založený na účinku polarizácie elektromagnetických vĺn, ako aj na účinky otáčania polarizačnej roviny niektorými látkami.
Blízko fotosenzitívny materiál na fotografii nezachladí informácie o rovine polarizačnej rovine, ktorá sa nachádza na elektromagnetické žiarenie.
Polarizačný filter lineárnej polarizácie. Obsahuje jeden polarizátor otáčajúci sa v ráme. Jeho použitie je založené na skutočnosti, že časť sveta na svete okolo nás je polarizovaná. Všetky lúče sú čiastočne polarizované, vyblednuté z dielektrických povrchov. Čiastočne polarizované svetlo prichádzajúce z oblohy a mraky. Preto, uplatnením polarizátora pri snímaní, fotografa dostane ďalšiu možnosť zmeny jas a kontrastu rôzne časti Snímky. Napríklad výsledok streľby krajiny na slnečnom dni s použitím takéhoto filtra môže byť tmavá, hustá obloha. Pri snímaní v sklenených objektoch vám polarizer umožňuje zbaviť sa odrazu fotografa v skle.
Polarizátor s nízkym svetlom je k dispozícii na streľbu za podmienok nízkeho osvetlenia, čiastočne polarizačných svetiel, a preto má nízku množinu. Okrem toho sa získajú dva takéto filtre kolmé na ich polarizačné lietadlá namiesto úplného odstránenia svetelného toku, 2/3 hodnoty prietoku.
Filtrovať s kruhovou polarizáciou. Okrem polarizátora obsahuje takzvanú "štvrť-vlnovú dosku", na výstupe, z ktorého lineárne polarizované svetlo získa kruhovú polarizáciu. Z hľadiska získaného účinku získaného v obraze sa kruhový polarizátor neodlišuje od lineárneho. Vzhľad takýchto filtrov bol diktovaný vývojom prvkov TTL automatického automatizácie fotoaparátu, ktorý na rozdiel od fotografického materiálu boli závislé od toho, či svetlo vstúpi cez objektív je polarizovaný. Najmä lineárne polarizované svetlo čiastočne porušuje prevádzku automatizácie fázového zamerania do zrkadlových kamier a sťažuje ho vystaviť.
Kompozitné neutrálne filtre. Ak pridáte spolu dva polarizátory, potom s funkčným polarizačným lietadlám má takýto filter maximálne osvetlenie (a ekvivalent neutrálneho sivého 2x filtra). S kolmými pokynu polarizácie, s ideálnymi polarizátormi, filter úplne absorbuje farbu, ktorá na nej padajú. Výber uhla otáčania, je možné zmeniť osvetlenie takéhoto filtra vo veľmi širokom limitoch.
Kompozitné farebné polarizačné filtre. Pozostávajú z dvoch polarizačných filtrov, ktoré sa môžu otáčať a medzi nimi je doska, otáčajúca rovinu polarizácie svetla. Vzhľadom k tomu, že uhol otáčania závisí od vlnovej dĺžky, pri každom polohe polarizátorov, časť spektra prechádza takýmto systémom a časť je oneskorená. Otáčanie polarizátorov vzhľadom na seba vedie k zmene spektrálnych charakteristík filtra. Vyrobené, napríklad, červené filtre.
Elektronicky riadené filtre. Ak sa ako druhý polarizátor v konštrukcii kompozitných filtrov použije tekutý kryštálový prvok, umožňuje ovládať vlastnosti filtra priamo počas procesu snímania.
IV) Upevnenie (10 min.)
Čelnú konverzáciu.
Otázky na prednú konverzáciu
Aký je rozdiel medzi obvyklým svetlom z polarizovaného?
Čo je to polaroidy?
Ako konvertujú kryštály Tourmaline a Polaroidy Svetlo?
Aký je vlastnosť svetla označuje fenomén polarizácie?
Kde môžem odovzdať fenomén polarizácie v každodennom živote av technike?
Kde a ako je fenomén polarizácie?
Ponúkame svoj polarizačný fenomén.
V) summovanie (5 minút.)
Definujeme hlavnú vec, ktorú sme dnes naučili na lekcii:
Koncepcia polarizácie svetla;
Polaroid a jeho funkcie;
Manifestovanie, použitie ľahkej polarizácie.
Vi) domáce úlohy(3 min.)
Účelom lekcie
Tvoria koncepciu "prírodného a polarizovaného svetla" od školských škôl; Zoznámte sa s experimentálnym dôkazom priečnych svetelných vĺn; Preskúmajte vlastnosti polarizovaného svetla, vykazujú analógiu medzi polarizáciou mechanických, elektromagnetických a ľahkých vĺn; Nahlásiť príklady používania polaroidov.
Lekcia o polarizácii svetla je finálna v téme "Vlnová optika". V tomto ohľade môže byť lekcia s použitím počítačovej simulácie konštruovaná ako zovšeobecňovacie opakovacia lekcia alebo časť hodiny, aby sa rozhodli pre riešenie problémov na témach svetelného rušenia, "svetelná difrakcia". Ponúkame model hodiny, ktorý študuje nový materiál na tému "polarizácia svetla" a potom konsoliduje materiál študovaný na počítačovom modeli. V tejto lekcii je ľahké kombinovať skutočnú demonštráciu s počítačovou simuláciou, pretože polaroidy môžu byť podávané deťom v rukách a ukázať usporiadanie svetla, keď otočíte jeden z polaroidov.
|
Domáca úloha: § 74, úloha č. 1104, 1105.
Vysvetlenie nového materiálu
Interferencie a difrakčné javy zanechávajú žiadne pochybnosti o tom, že množiteľské svetlo má vlastnosti vĺn. Ale čo vlny - pozdĺžne alebo priečny?
Zakladatelia optiky Sung a Fresnelovej vlny sa dlhodobo považovali za ľahké vlny pozdĺžne, to znamená, že podobné zvukové vlny. V tom čase sa ľahké vlny považovali za elastické vlny na vzduchu, plnili priestor a prenikli do vnútra všetkých telies. Zdá sa, že takéto vlny nemohli byť priečny, pretože priečne vlny by mohli existovať len v tuhom telese. Ale ako sa telá pohybujú v tuhom éter, nie odolnosť voči stretnutiu? Koniec koncov, éter by nemal brániť pohybu tel. V opačnom prípade by sa vykonal zákon zotrvačnosti.
Avšak, viac a ďalšie experimentálne fakty boli postupne získané, ktoré nebolo možné interpretovať, vzhľadom na pozdvihnutie ľahkých vĺn.
Experimenty s turmalínom
Zvážte podrobne len jeden z experimentov, veľmi jednoduchý a veľkolepý. Táto skúsenosť s kryštálmi turmalínu (priehľadné zelené farby kryštály).
Ukážte študenta, aby vyčistil svetlo pri otáčaní dvoch polaroidov. Tourmaline Crystal má os symetrie a patrí k počtu tzv. Uniosiálnych kryštálov. Vezmite obdĺžnikovú dosku turmalínu vyrezávaného takým spôsobom, že jeden z jeho tváre je rovnobežný s osou kryštálu. Ak pošlete normálne na takýto dosku lúč svetla z elektrickej lampy alebo na slnku, potom sa otáčanie dosky okolo lúča bez zmeny intenzity svetla, ktorá prechádza cez neho, nebude spôsobiť (pozri obr.). Môžete si myslieť, že svetlo bolo len čiastočne absorbované v turmalíne a získal zelenohnú farbu. Nič sa nestalo viac. Ale nie. Svetelná vlna získala nové vlastnosti.
Tieto nové vlastnosti sú zistené, ak je lúč nútený prejsť druhým presným rovnakým kryštálom turmalínu (pozri obr. A), paralelne s prvým. S rovnakými smerovými osami kryštálov sa nič zaujímavé: Len svetelný lúč je ešte viac oslabený v dôsledku absorpcie v druhom kryštále. Ak sa však druhý kryštál otáča, takže prvý fixný (obr. B), potom sa objaví úžasný fenomén - usporiadanie svetla. Keďže uhol sa zvyšuje medzi osami, intenzita svetla sa znižuje. A keď sú osi kolmé na seba, svetlo neprechádza vôbec (obr. B). Je úplne absorbovaný druhým kryštálom. Ako to môže byť vysvetlené?
 |
Prekročenie svetlých vĺn
Z vyššie opísaných experimentov, dva skutočnosti nasleduje: Po prvé, svetlá vlna pochádzajúce zo zdroja svetla je úplne symetrická okolo smeru šírenia (keď sa kryštál otáča okolo lúča v prvom experimente, intenzita sa nezmenila) a, Po druhé, že vlna uvoľnená z prvého kryštálu nemá axiálnu symetriu (v závislosti od otáčania druhého kryštálu vzhľadom na lúč, jednu alebo inú intenzitu posledného svetla).
Pozdĺžne vlny majú plnú symetriu vo vzťahu k smeru distribúcie (kmitania sa vyskytujú pozdĺž tohto smeru, a to je os vlny symetrie). Preto vysvetliť skúsenosti s rotáciou druhej dosky, vzhľadom na ľahkú vlnu pozdĺžneho, je nemožné.
Úplné vysvetlenie skúseností je možné získať dvoma predpokladmi.
Prvý predpoklad sa vzťahuje na veľmi svetlo. Svetlo je priečna vlna. Ale v náhodnom zdroji, lúč vĺn je výkyvy vo všetkých druhoch oblastí kolmých na smer šírenia vĺn (pozri obr.).
Ukážte, že prirodzené svetlo obsahuje oscilácie vo všetkých rovinách.
Podľa tohto predpokladu má svetelná vlna axiálnu symetriu, ktorá je v rovnakom čase priečny. Napríklad vlny nemajú takúto symetriu na povrchu vody, pretože oscilácie častíc vody sa vyskytujú len vo vertikálnej rovine.
Ľahká vlna s osciláciou vo všetkých smeroch kolmých na smer šírenia sa nazýva prirodzený. Tento názov je oprávnený, pretože konvenčné podmienky Zdroje svetla vytvárajú len takú vlnu. Tento predpoklad vysvetľuje výsledok prvej skúsenosti. Rotácia turmalínového kryštálu nezmení intenzitu posledného svetla, pretože incidelná vlna má axiálnu symetriu (napriek tomu, že je to priečny).
Druhý predpoklad, ktorý treba urobiť, patrí k krištáľu. Tourmaline Crystal má schopnosť preskočiť svetelné vlny s osciláciou ležiacimi v jednej špecifickej rovine (p-flare na obrázku).
 |
Na počítačovom modeli "Zákon Malyus"
Ukážte, že Crystal Crystal alokuje len jednu rovinu svetlých oscilácie. Zapnutie polarizátora a potom analyzátor, môže byť preukázané, že intenzita osvetlenia sa zmení z maximálnej hodnoty na nulu. Na čistenie svetla by mal byť uhol medzi osami polaroidov 90 °. Ak je os polaroidov paralelná, potom druhý polaroid prechádza celé svetlo, ktoré prechádzalo cez prvú.
Toto svetlo sa nazýva polarizované, alebo presnejšie, plochý, Na rozdiel od prírodného svetla, ktoré možno tiež volať nepolralizovaný. Tento predpoklad plne vysvetľuje výsledky druhej skúsenosti. Z prvého kryštálu sa nachádza rovina-plavidlálna vlna. S prekríženými kryštálmi (uhol medzi osami 90 °) neprechádza druhým kryštálom. Ak os kryštálov tvoria určitý uhol, odlišný od 90 °, potom sa prechádza výkyvy, ktorej amplitúda je rovnaká ako výstupok vlny amplitúdy prechádzal cez prvý kryštál k smeru osi druhého kryštálu .
Turmalínový kryštál teda konvertuje prirodzené svetlo do plochého polarizácie.
Mechanický model experimentov s tumalínom
Je ľahké vybudovať jednoduchý vizuálny mechanický model posudzovaného fenoménu. Môžete vytvoriť priečnu vlnu v gumovom šnúre, takže oscilácie rýchlo menia svoj smer vo vesmíre. Toto je analóg prírodnej svetlej vlny. Teraz preskočíme kábel cez úzky drevený box (pozri obr.). Z oscilácií všetkých druhov oblastí, box "zdôrazňuje" oscilácie v jednej konkrétnej rovine. Preto polarizovaná vlna pochádza z krabice.
 |
Ak je na svojej ceste ešte presne rovnaký box, ale otočený vzhľadom na prvé 90 °, potom cez neho neprechádzajú oscilácie. Vlna je úplne zastavená.
Ak existuje mechanický model polarizácie v kancelárii, je možné ju preukázať. Ak nie je takýto model, môžete tento model ilustrovať fragmentmi videí polarizácie.
Polaroidy
Nielen Crystals Tourmaline sú schopné polarizovať svetlo. V tej istej nehnuteľnosti majú napríklad takzvané polaroidy. Polaroid je tenký (0,1 mm) heretarapitový kryštálový film aplikovaný na celuloidnú alebo sklenenú dosku. S polaroidom môžete urobiť rovnaké experimenty ako s tourmalínovým kryštálom. Výhodou polaroidov je, že môžete vytvoriť veľké povrchy, polarizačné svetlá. Nedostatok polaroidov zahŕňa fialový odtieň, ktorý dávajú biele svetlo.
Priame experimenty dokázali, že svetelná vlna je priečny. V polarizovanej svetelnej vlnu oscilácie sa vyskytujú v prísne definovanom smere.
Na záver je možné zvážiť použitie polarizácie v technike a ilustrujte tento materiál fragmentmi videozáznamu "polarizácie".
