Pada tahun 1905, Albert Einstein menerbitkan teori relativitasnya, yang agak mengubah pemahaman sains tentang dunia di sekitar kita. Berdasarkan asumsinya, rumus massa relativistik diperoleh.
Relativitas Khusus
Intinya adalah bahwa dalam sistem yang bergerak relatif satu sama lain, setiap proses berjalan agak berbeda. Secara khusus, ini dinyatakan, misalnya, dalam peningkatan massa dengan peningkatan kecepatan. Jika kecepatan sistem jauh lebih kecil daripada kecepatan cahaya (υ << c=3 108), maka perubahan ini praktis tidak akan terlihat, karena cenderung nol. Namun, jika kecepatan gerakan mendekati kecepatan cahaya (misalnya, sama dengan sepersepuluh), maka indikator seperti massa tubuh, panjangnya, dan waktu proses apa pun akan berubah. Dengan menggunakan rumus berikut, adalah mungkin untuk menghitung nilai-nilai ini dalam kerangka acuan bergerak, termasuk massa partikel relativistik.
Di sini l0, m0 dan t0 - panjang tubuh, massanya dan waktu proses dalam sistem stasioner, dan adalah kecepatan benda.
Menurut teori Einstein, tidak ada benda yang dapat berakselerasi lebih cepat dari kecepatan cahaya.
massa istirahat
Pertanyaan tentang massa diam partikel relativistik muncul justru dalam teori relativitas, ketika massa benda atau partikel mulai berubah tergantung pada kecepatan. Dengan demikian, massa diam adalah massa tubuh, yang pada saat pengukuran dalam keadaan diam (tanpa adanya gerakan), yaitu, kecepatannya nol.
Massa relativistik suatu benda adalah salah satu parameter utama dalam menggambarkan gerak.
Prinsip kesesuaian
Setelah munculnya teori relativitas Einstein, diperlukan beberapa revisi mekanika Newton yang digunakan selama beberapa abad, yang tidak dapat lagi digunakan ketika mempertimbangkan sistem referensi yang bergerak dengan kecepatan yang sebanding dengan kecepatan cahaya. Oleh karena itu, perlu untuk mengubah semua persamaan dinamika menggunakan transformasi Lorentz - perubahan koordinat benda atau titik dan waktu proses selama transisi antara kerangka acuan inersia. Deskripsi transformasi ini didasarkan pada fakta bahwa dalam setiap kerangka acuan inersia semua hukum fisika bekerja sama dan sama. Dengan demikian, hukum alam sama sekali tidak bergantung pada pilihan kerangka acuan.
Dari transformasi Lorentz, koefisien utama mekanika relativistik dinyatakan, yang dijelaskan di atas dan disebut huruf.
Prinsip korespondensi itu sendiri cukup sederhana - dikatakan bahwa setiap teori baru dalam beberapa kasus tertentu akan memberikan hasil yang sama sepertisebelumnya. Khususnya, dalam mekanika relativistik, hal ini dicerminkan oleh fakta bahwa pada kecepatan yang jauh lebih kecil daripada kecepatan cahaya, hukum mekanika klasik digunakan.
Partikel relativistik
Partikel relativistik adalah partikel yang bergerak dengan kecepatan yang sebanding dengan kecepatan cahaya. Gerak mereka dijelaskan oleh teori relativitas khusus. Bahkan ada sekelompok partikel yang keberadaannya hanya mungkin ketika bergerak dengan kecepatan cahaya - ini disebut partikel tanpa massa atau hanya tidak bermassa, karena saat diam massanya nol, oleh karena itu ini adalah partikel unik yang tidak memiliki pilihan analog dalam non -relativistik, mekanika klasik.
Artinya, massa diam dari partikel relativistik bisa menjadi nol.
Sebuah partikel dapat disebut relativistik jika energi kinetiknya dapat dibandingkan dengan energi yang dinyatakan oleh rumus berikut.
Formula ini menentukan kondisi kecepatan yang dibutuhkan.
Energi partikel juga bisa lebih besar dari energi diamnya - ini disebut ultrarelativistik.
Untuk menggambarkan gerakan partikel tersebut, mekanika kuantum digunakan dalam kasus umum dan teori medan kuantum untuk deskripsi yang lebih luas.
Penampilan
Partikel serupa (baik relativistik dan ultrarelativistik) dalam bentuk alaminya hanya ada dalam radiasi kosmik, yaitu radiasi yang sumbernya berada di luar Bumi, yang bersifat elektromagnetik. Mereka secara artifisial diciptakan oleh manusia.di akselerator khusus - dengan bantuan mereka, beberapa lusin jenis partikel ditemukan, dan daftar ini terus diperbarui. Fasilitas tersebut misalnya Large Hadron Collider yang terletak di Swiss.
Elektron yang muncul selama peluruhan terkadang juga dapat mencapai kecepatan yang cukup untuk mengklasifikasikannya sebagai relativistik. Massa relativistik elektron juga dapat ditemukan dengan menggunakan rumus yang ditunjukkan.
Konsep massa
Massa dalam mekanika Newton memiliki beberapa sifat wajib:
- Daya tarik gravitasi benda muncul dari massanya, yang secara langsung bergantung padanya.
- Massa tubuh tidak tergantung pada pilihan sistem referensi dan tidak berubah ketika berubah.
- Inersia suatu benda diukur dengan massanya.
- Jika benda berada dalam sistem di mana tidak ada proses yang terjadi dan tertutup, maka massanya praktis tidak akan berubah (kecuali untuk transfer difusi, yang sangat lambat untuk zat padat).
- Massa benda majemuk terdiri dari massa bagian-bagiannya.
Prinsip Relativitas
prinsip relativitas Galilea
Prinsip ini dirumuskan untuk mekanika non-relativistik dan dinyatakan sebagai berikut: terlepas dari apakah sistem diam atau membuat gerakan, semua proses di dalamnya berjalan dengan cara yang sama.
Prinsip relativitas Einstein
Prinsip ini didasarkan pada dua postulat:
- prinsip relativitas Galileojuga digunakan dalam kasus ini. Artinya, dalam CO apapun, semua hukum alam bekerja dengan cara yang sama.
- Kecepatan cahaya benar-benar selalu dan di semua sistem referensi sama, terlepas dari kecepatan sumber cahaya dan layar (penerima cahaya). Untuk membuktikan fakta ini, sejumlah percobaan dilakukan, yang sepenuhnya mengkonfirmasi tebakan awal.
Massa dalam mekanika relativistik dan Newton
Tidak seperti mekanika Newton, dalam teori relativistik, massa tidak dapat menjadi ukuran jumlah materi. Ya, dan massa relativistik itu sendiri didefinisikan dalam beberapa cara yang lebih luas, sehingga memungkinkan untuk menjelaskan, misalnya, keberadaan partikel tanpa massa. Dalam mekanika relativistik, perhatian khusus diberikan pada energi daripada massa - yaitu, faktor utama yang menentukan benda atau partikel elementer adalah energi atau momentumnya. Momentum dapat ditemukan dengan menggunakan rumus berikut
Namun, massa sisa dari sebuah partikel adalah karakteristik yang sangat penting - nilainya adalah bilangan yang sangat kecil dan tidak stabil, sehingga pengukuran didekati dengan kecepatan dan akurasi maksimum. Energi sisa sebuah partikel dapat dicari dengan menggunakan rumus berikut
- Serupa dengan teori Newton, dalam sistem terisolasi, massa suatu benda adalah konstan, yaitu tidak berubah terhadap waktu. Itu juga tidak berubah saat berpindah dari satu CO ke CO lainnya.
- Sama sekali tidak ada ukuran inersiamenggerakkan tubuh.
- Massa relativistik dari benda yang bergerak tidak ditentukan oleh pengaruh gaya gravitasi padanya.
- Jika massa suatu benda adalah nol, maka ia harus bergerak dengan kecepatan cahaya. Kebalikannya tidak benar - tidak hanya partikel tak bermassa yang dapat mencapai kecepatan cahaya.
- Energi total partikel relativistik dimungkinkan dengan menggunakan ekspresi berikut:
Sifat massa
Sampai beberapa waktu dalam sains diyakini bahwa massa partikel apa pun disebabkan oleh sifat elektromagnetik, tetapi sekarang telah diketahui bahwa dengan cara ini hanya mungkin untuk menjelaskan sebagian kecil darinya - yang utama kontribusi dibuat oleh sifat interaksi kuat yang timbul dari gluon. Namun, metode ini tidak dapat menjelaskan massa selusin partikel, yang sifatnya belum dapat dijelaskan.
Peningkatan massa relativistik
Hasil dari semua teorema dan hukum yang dijelaskan di atas dapat dinyatakan dalam proses yang cukup dapat dimengerti, meskipun mengejutkan. Jika satu benda bergerak relatif terhadap yang lain dengan kecepatan berapa pun, maka parameternya dan parameter benda di dalamnya, jika benda asli adalah suatu sistem, berubah. Tentu saja, pada kecepatan rendah, ini praktis tidak akan terlihat, tetapi efek ini akan tetap ada.
Satu dapat memberikan contoh sederhana - yang lain kehabisan waktu di kereta yang bergerak dengan kecepatan 60 km/jam. Kemudian, menurut rumus berikut, koefisien perubahan parameter dihitung.
Rumus ini juga dijelaskan di atas. Substitusikan semua data ke dalamnya (untuk c 1 109 km/jam), diperoleh hasil sebagai berikut:
Jelas perubahannya sangat kecil dan tidak mengubah jam sedemikian rupa.
