R. G. Isyanov pedagogika fanlari nomzodi
Download 3.01 Kb. Pdf ko'rish
|
ligining davomiyligi va hodisalar almashinuvi ketma-ketligini
xarakterlovchi shaklidir. Vaqt va fazoning asosiy xossalari quyidagilar: a) materiya, fazo va vaqtning birligi hamda uzluksiz boglan- ganligi; b) fazo va vaqtning absolyut uzluksizligi hamda nisbiy uzlukliligi. Uzluksizlik fazoda hamma jism va sistemalar maydonlarining tarqalishida namoyon boladi. Fazoning uzlukliligi nisbiy va har biri oz chegaralari hamda olchamlariga ega bolgan moddiy obyektlar va sistemalarning alohida mavjudligida namoyon boladi. Vaqtning uzlukliligi materiya sifat holatlarining mavjudlik vaqti bilangina xarakterlanadi, ulardan har biri boshqa shaklga otib paydo boladi va yoqoladi; www.ziyouz.com kutubxonasi 186 d) vaqt davomiylikka, bir yonalishlikka va qaytmaslikka ega. Fazoda istalgan yonalishda harakat qilish mumkin, vaqt boyicha otmishga harakat qilish mumkin emas. Nisbiylik nazariyasi bilan tanishayotganda u kishida «soglom idrok etish»ga va kundalik tajribalarga qarama-qarshi taassurot qoldiradi. Ammo fanning taraqqiyoti va eksperimental dalillar nisbiylik nazariyasining haqiqiyligini tasdiqlaydi. Eynshteynning maxsus nisbiylik prinsiðiga asoslangan mexanika relyativistik mexanika deb ataladi. 61- §. Nisbiylik nazariyasidan kelib chiqadigan bazi natijalar Nisbiylik nazariyasi postulatlaridan fazo va vaqt xossalariga oid aql bovar qilmaydigan qator natijalar kelib chiqadi. Ulardan bazilari bilan tanishib chiqamiz. Bu maqsadda ikkita inersial sanoq sistemalarini olib, ularni K va K′ lar bilan belgilaylik. Bu sistemalarning X va X ′ oqlari ustma-ust tushsin. K′ sistema K sistemaga nisbatan X oqi yonalishida υ r ozgarmas tezlik bilan harakatlanayotgan bolsin (160- rasm). Uzunlikning qisqarishi. K ′ sanoq sistemaga nisbatan tinch turgan va X oqi boylab joylashtirilgan sterjenning shu sistemadagi uzunligini l 0 bilan belgilaylik. Sterjen K sistemaga nisbatan K′ sistema bilan birga υ r tezlik bilan harakatlanadi. U holda K sanoq sistemaga nisbatan harakatlanayotgan sterjenning shu sistemadagi l uzunligi quyidagi formula bilan aniqlanadi: 2 0 2 1 . l l c υ = − (103) 160- rasm. www.ziyouz.com kutubxonasi 187 Bu formuladan l ekanligi korinib turibdi. Shunday qilib, biror sistemaga nisbatan harakatlanayotgan sterjenning shu sistemada olchangan l uzunligi uning boshqa sistemaga nisbatan tinch turgan holatidagi l 0 uzunligidan kichik bolar ekan. Shuningdek, (103) formuladan korinadiki, harakatlanuvchi jismlarning harakat tezligi qancha kattalashib borsa, ularning olchamlari harakat yonalishlari boyicha shuncha qisqarib boradi. Vaqtning sekinlashuvi. Òinch holatda turgan K inersial sanoq sistemasidagi soatning «tiqillashlari» orasidagi vaqt τ 0 ga teng bolsin. U holda K sistemaga nisbatan υ r tezlik bilan harakatlanayotgan K′ sanoq sistemadagi tuzilishi aynan oshanday bolgan soatning shunday «tiqillashlari» orasidagi τ vaqt quyidagi formula bilan aniqlanadi: 0 2 2 . 1 c τ τ υ = − (104) Bu formuladan 0 τ τ > ekanligi ravshan. Demak, istalgan kuza- tuvchi harakatdagi soatlarning yurishi tinch turgan aynan shunday soatlarning yurishiga nisbatan 2 2 1 c υ − marta sekinlashganini sezadi, degan xulosa kelib chiqadi. Vaqtning sekinlashuvi vaqtning oz xossasi bolganligi sababli nafaqat harakatlanayotgan soatlarning yurishi, balki barcha fizik jarayonlar, shuningdek, hayot jarayoni ham sekinlashadi. Hayot jarayoni ham mos son marta sekinlashadi. Vaqtning sekinlashishi, shuningdek, uzunlikning qisqarishi hara- kat tezligi yoruglikning vakuumdagi tezligiga yaqin bolgandagina sezilarli boladi. Agar c = υ bolsa, (103) va (104) formulalardan υ 2 /c 2 ni hisobga olmasa ham boladi. U holda l ≈ l 0 va τ ≈ τ 0 , yani harakatdagi sanoq sistemasida uzunlikning relativistik qisqarishini va vaqtning sekinlashishini hisobga olmasa ham boladi. Vaqt otishining sekinlashish effekti eksperimentda, masalan, biror elementar zarrada pionlar, myuonlar bilan otkazilgan taj- ribalarda tasdiqlanadi. Òezliklarni qoshishning relyativistik qonuni. Fazo va vaqt haqidagi yangi tasavvurlarga tezliklarni qoshishning maxsus nisbiylik nazariyasiga munosib yangi qonuni mos keladi. www.ziyouz.com kutubxonasi 188 K sanoq sistemaga nisbatan υ → tezlik bilan harakatlanayotgan K ′ sanoq sistemadagi B moddiy nuqta shu sistemaning X ′ oqi boyicha 1 υ → tezlik bilan harakat qilayotgan bolsin, shu bilan birga harakat davomida OX va OX ′ oqlar ustma-ust tushsin, OY va OY ′ hamda OZ va OZ ′ oqlar mos ravishda ozaro parallelligicha qolsin (161- rasm). U holda B moddiy nuqtaning K sistemaga nisbatan υ 2 tezligi quyidagi formula bilan ifodalanadi: 1 2 1 2 . 1 c + = ⋅ + υ υ υ υ υ (105) (105) formula tezliklarni qoshishning relyativistik qonunini ifodalaydi. Agar c = υ va 1 c = υ bolsa, υ 1 υ/c 2 hadni tashlab yuborish mumkin va tezliklarni qoshishning relativistik qonuni klassik mexanikaning tezliklarni qoshish qonuniga otadi, yani: υ 2 = υ 1 + υ boladi. Bizdan 1 2 c tezlik bilan uzoqlashayotgan yulduz bizga tomon oziga nisbatan c tezlik bilan yoruglik yuborayotgan hol uchun nima bolishini korib chiqaylik (162- rasm). Biz kuzatayotgan tezlik quyidagicha ifodalanadi: 2 2 1 1 2 2 . 1 1 1 2 2 1 c c c c c c c υ + − = = = − ⋅ − + 162- rasm. 161- rasm. www.ziyouz.com kutubxonasi 189 Biz tomondan olchanayotgan yoruglik tezligi bizdan tez uzoq- lashayotgan jismdan kelayotganiga qaramay c ga teng ekan. 62- §. Jism massasining tezlikka bogliqligi Klassik mexanikada jismning massasi barcha inersial sanoq sistemalarida ozgarmas va jismning tezligiga bogliq emas, deb hisoblanadi. Shunday ekanligini tajribalar ham tasdiqlaydi. Agar jismlarning harakat tezligi yoruglik tezligidan juda kichik ( c = υ ) bolsa, jism massasining tezlikka boglikligini aniqlab bolmaydi. Faraz qilaylik, jism ozgarmas F kuch tasirida harakatlanayotgan bolsin. Boshlangich t 0 = 0 paytda jismning tezligi υ 0 =0 bolganda, dinamikaning ikkinchi qonuniga kora jismga tasir etuvchi kuch va uning tezligi quyidagi korinishda boglangan boladi: 0 0 ; . F F ma m m t at t t t m υ υ υ υ − = = = = = − (106) Demak, jismning tezligi unga tasir etayotgan kuchning tasir etish vaqtiga togri proporsional boladi, degan xulosaga kelamiz. Boshqacha aytganda, tasir etayotgan ozgarmas kuchning tasir etish vaqti qancha uzoq davom etsa, jismning harakat tezligi (Nyuton tezligi) chek- lanmagan holda ortib boradi (163- rasmdagi togri chiziq). Bu xulosa maxsus nisbiylik nazariyasiga togri kelmaydi, chunki nisbiylik nazariyasining fundamental xulosalaridan biri, har qanday jismning harakat tezligi yoruglik tezligidan katta bolmaydi (163- rasmdagi egri chiziq). Demak, nisbiylik nazariyasi postulatlari buzilmasligi uchun, (106) formulaga kora, harakatdagi jismning massasi shunday ortishi kerakki, natijada jismning tezligi yoruglikning vakuumdagi tezligidan ortib ketmasin. 163- rasm. www.ziyouz.com kutubxonasi 190 Yuqoridagi mulohazalardan koinib turibdiki, yoruglik tezligining absolyutligi va chekliligi ham Nyuton mexanikasiga mos kelmaydi. Bu masalani Eynshteyn togri hal qilib berdi. U dinamikaning asosiy qonunini shunday ozgartirish kerakki, uning xossalari maxsus nisbiylik nazariyasining xulosalariga mos kelsin, degan fikrga keldi. Bu masalani yechishda jismning massasi bir-biriga nisbatan harakat- lanayotgan sanoq sistemalarida bir xil bolmaydi, u jismning sanoq sistemasiga nisbatan harakat tezligiga bogliqdir, deb hisoblaydi. Biror inersial sanoq sistemasida jism massasining uning harakat tezligiga bogliqligi quyidagicha ifodalanadi: 0 2 2 , 1 m m c υ = − (107) bunda: m 0 jismning tinch holatdagi massasi; m jismning sanoq sistemasiga nisbatan υ tezlik bilan harakatlanayotgandagi massasi, bu massani jsmning relyativistik massasi deb ataladi. 164- rasmda tezlikning ortishi bilan massaning qanday ortib borishi tasvirlangan. Rasmdan korinib turibdiki, katta tezliklarda, ayniqsa, c ga yaqin tezliklarda massa tez ortib ketadi. Shunday qilib, relyativistik mexanikada jismning harakat tezligi ortib borishi bilan shu jismning massasi ham ortib boradi. υ → c bolganda jism massasi (107) formulaga kora cheksiz ortadi (m → ∞). Binobarin, F = const bolganda, F a m = tezlanish nolga intiladi va kuch qanchalik uzoq vaqt tasir etishiga qaramay, tezlik amalda ortmay qoyadi [(106) formulaga va 163- rasmga qarang]. 164- rasm. www.ziyouz.com kutubxonasi 191 Relyativistik massa ifodasi [(107) formula]ni tahlil qilib chiqaylik. Jism c = υ tezlik bilan harakatlanayotgan bolsin. U holda 2 2 1 1 c υ − ≈ boladi. Masalan, birinchi kosmik tezlik km 7,9 s υ = da bu ifodaning qiymati: 2 6 2 16 (7,9) 10 1 0,99999999965 3 10 ⋅ − = ⋅ ga teng boladi. Shuning uchun bunday nisbatan kichik tezlik ortishi bilan massaning ortishi sezilarli bolmaydi. Ammo elektronlarni tezlatuvchi qudratli tezlatkichlarda ularning tezligi taxminan 2,60¼2,65 10 5 km s gacha orttiriladi (c = 3·10 5 km s bilan taqqoslang). Bunda elektronning massasi deyarli 2000 marta ortadi. Jismning tezligi ortishi bilan massasining orttirmasini aniqlaylik. c = υ bolganda, Nyuton binomiga kora (107) formulani quyi- dagicha yozish mumkin: 1 2 2 4 2 0 0 2 2 4 1 1 1 1 ... . 2 4 m m m c c c υ υ υ − = − = + + + (108) Bu ifodada 4 4 c υ va undan keyingi hadlar ikkinchi hadga nisbatan juda kichik qiymatga ega, shuning uchun ularni hisobga olmaymiz. U holda (108) formula quyidagi korinishni oladi: 2 0 0 2 1 ; 2 m m m c υ = + (109) bunda: 2 0 2 k m E υ = (110) kattalik jismga berilgan kinetik energiya. Massa orttirmasi quyidagiga teng: 0 2 . k E m m m c ∆ ∆ = − = (111) Demak, jismning tezligi ortishi bilan hosil boladigan massa orttirmasi shu jismga berilgan kinetik energiyaning yoruglik tezligi kvadratiga bolgan nisbatiga teng ekan. www.ziyouz.com kutubxonasi 192 63- §. Massa bilan energiyaning ozaro bogliqligi Klassik mexanikada kinetik energiya uchun yaxshi tanish bolgan 2 2 k m E υ = ifodadan foydalaniladi. Jismning energiyasi biz uni olcha- gan sanoq sistemasiga bogliq. Masalan, agar biz jism bilan yonma- yon harakat qilsak, bizga nisbatan uning tezligi nolga teng boladi va shuning uchun uning kinetik energiyasi ham nolga tengdir. Yetarlicha katta tezliklarda kinetik energiyaning formulasi shun- day oddiy korinishga ega bola olmasligi ravshan. (109) formulani quyidagicha ozgartirib yozaylik: = + = 2 2 2 0 0 2 m mc m c E υ (112) yoki (107) formulani etiborga olganda: = = − 2 2 0 2 2 . 1 m c E mc c υ (113) (113) munosabat jismning tola energiyasining relyativistik ifodasi bolib, undan massa bilan energiyaning ozaro bogliqlik qonuni kelib chiqadi: jismning yoki jismlar sistemasining energiyasi massa bilan yoruglik tezligi kvadratining kopaytmasiga teng. (112) va (113) formulalardan jismning kinetik energiyasi uchun quyidagini hosil qilamiz: = − = − = − − − 2 2 2 2 2 0 0 0 0 2 2 2 2 1 1 . 1 1 k m c E mc m c m c m c c c υ υ (114) (112) formulaga etibor qilaylik. Bu formulada ikkinchi had 2 0 2 m υ jismning odatdagi kinetik energiyasi. Birinchi had m 0 c 2 eng diqqatga sazovor bolgan kattalik bolib, u yangilikdan iborat. Haqi- qatan ham, υ = 0 bolganda: E 0 = m 0 c 2 (115) munosabatni olamiz. Eynshteyn jismning tezligi nolga teng bolgandagi energiyani tinchlikdagi energiya deb atadi. (115) ifoda www.ziyouz.com kutubxonasi 193 Eynshteynning massa bilan energiyaning ozaro bogliqlik qonunini ifodalaydigan mashhur formulasidir. Har qanday jism ozining mavjudlik fakti tufayligina energiyaga ega va bu energiya jismning tinchlikdagi massasiga togri proporsionaldir. Jismning E 0 tinchlikdagi energiyasining mavjudligi jismga malum bir potensial energiya rezervuari deb qarash mumkinligini korsatadi. Bu energiya boshqa xil energiyalarga, jumladan, nurlanish energi- yasiga aylanishi mumkin. Massa va energiyaning ozaro bogliqlik qonunidan shu narsa ayon boladiki, klassik mexanikada jismlarning inertlik (Nyuton qonunlariga asosan) va gravitatsiya (butun olam tortishish qonuniga asosan) xossalarini ifodalovchi massa ayni vaqtda jismlarning energiya tutuvchanligining ham xarakteristikasi ekan. Shuningdek, massa materiya miqdori, energiya esa materiya harakatining olchovi bolgani uchun massa va energiyaning ozaro bogliqlik qonuni materiya va harakatning chambarchas bogliqligi haqidagi fundamental qoidaning yorqin tasdigidir. Òinchlikdagi massasi m 0 = 1 kg bolgan jismning energiyasi qiymatini hisoblab chiqaylik: 2 2 16 16 0 0 2 m 1kg 9 10 9 10 J. c E m c = = ⋅ ⋅ = ⋅ Bu juda katta energiya. Bu energiyaning miqdori Yer sharidagi butun insoniyatning elektr energiyaga bolgan bir sutkalik ehtiyojidan anchagina kopdir. Òinchlik massasiga ega bolgan elementar zarralarning tinchlik massasiga ega bolmagan zarralarga aylanishida tinchlik energiyasi yangi hosil bolgan zarralarning kinetik energiyasiga batamom aylanadi. Bu dalil tinchlik energiyasi mavjudligining eng yaqqol eksperimental isbotidir. Endi 3 m 10 s υ = tezlik bilan uchayotgan reakiv samolyot misolida samolyot massasining 1 kg uchun uning tinchlikdagi energiyasi bilan kinetik energiyasining nisbiy qiymatlari haqida tasavvur hosil qilish maqsadida m 0 c 2 va 2 0 2 m υ energiyalarni hisoblab, taqqoslab koraylik: = ⋅ ⋅ = ⋅ 2 2 8 16 0 m 1kg 3 10 9 10 J; s m c ⋅ ⋅ = = ⋅ 2 3 2 5 0 m 1kg 1 10 s 5 10 J. 2 2 m υ 13 Olmasova M.H. www.ziyouz.com kutubxonasi 194 Bu hisoblashlardan korinadiki, odatdagi kinetik energiya jismning tinchlikdagi energiyasidan 10 11 marta kichik ekan. Ammo odatdagi ozaro tasirlarda ozaro tasirlashayotgan barcha jismlarning tinch- likdagi energiyasi oz mohiyati bilan ozaro tasirdan oldin ham va undan keyin ham bir xil qiymatga ega boladi. Shuning uchun jismlar harakatining kichik tezliklarida ( c = υ da) ularning kinetik energiyalarining relyativistik ifodasi klassik mexanikaning mos ifodalari korinishini oladi. Eynshteyn, agar jismning tinchlikdagi massasini ∆m miqdorga kamaytirilsa, u holda ∆E = ∆m · c 2 miqdorda energiya ajralib chiqadi, deb faraz qildi. Shuningdek, massa va energiyaning ozaro bogliqlik qonunidan, agar tinch turgan jismga ∆E qoshimcha energiya berilsa, uning massasi ham ∆ ∆ = 2 E m c (116) ga ozgarishi kelib chiqadi. ∆m ni massa defekti deb ataladi. Kimyoviy reaksiyalardan biri uchun massaning ozgarishini hisoblab chiqaylik. Masalan, vodorod bilan kisloroddan 1 l suv hosil qilishda ajralib chiqadigan energiya 1,6 · 10 7 J ga teng. Ajralib chiqqan buncha energiyaga mos kelgan massa yoqolishi 1,8·10 10 kg ga teng. Ravshanki, hech qanday laboratoriya tarozisi massaning bunchalik kichik ozgarishini seza olmaydi. Atom yadrolari va elementar zarralarning bir-biriga aylanishidagina energiyaning ozgarishi shu qadar kattaki, bunda massaning energiya ozgarishlari bilan bogliq bolgan ozgarishi sezilarli boladi. Òakrorlash uchun savollar 1. Elektromagnit hodisalarda nisbiylik prinsiðidan foydalanilganda qanday qiyinchiliklar kelib chiqadi? 2. Nima uchun olimlar tomonidan olam efiri haqidagi giðoteza ilgari surilgan? 3. Olam efiri giðotezasi tufayli qanday qiyinchiliklar yuzaga keldi? 4. Fizo tajribasining natijalari qanday? 5. Maykelson interferometrining tuzilishi va unda nurning yolini tushuntiring. Nima uchun bunda nurlar ozaro interferensiyalanadi? 6. Maykelson Morli tajribasi nimani korsatdi? 7. Nima uchun yoruglik tezligi tabiatdagi jismlar harakatining maksimal tezligi hisoblanadi? 8. Òezliklarni qoshishning klassik qonunlari bilan yoruglik tezligi haqidagi malumotlar orasida qanday qarama-qarshiliklar mavjud? www.ziyouz.com kutubxonasi 195 9. Yoruglik tezligining boshqa barcha jismlar harakati tezligidan prinsipial farqi nimadan iborat? 10. Eynshteyn nisbiylik prinsiði qanday tariflanadi? 11. Yoruglik tezligining doimiylik prinsiði qanday tariflanadi? 12. Barcha inersial sanoq sistemalarining teng huquqliligi nimani bildiradi? 13. Nisbiylik prinsiðining fizik mohiyati nimadan iborat? 14. MNN da uzunlik va vaqt oraliqlari qanday formulalardan hisoblab topiladi? 15. Òezliklarni ozgartirishning relyativistik qonuni qanday korinishda? 16. Harakatning qanday tezliklarida tezliklarni qoshishning relyativistik qonuni klassik qonunga aylanadi? 17. Nima uchun vaqtning sekinlashishi va uzunlikning qisqarishi sanoq sistemalarning yoruglik tezligiga yaqin tezliklar bilan harakat- lanayotgandagina namoyon boladi? 18. Nisbiylik nazariyasida toliq energiya qanday ifodalanadi? Kinetik energiya-chi? 19. Òinchlikdagi energiya nima? U qanday hisoblanadi? 20. Massaning tezlikka bogliqligi qanday ifodalanadi? 21. Òezlik ortishi bilan massaning orttirmasi qanday ifodalanadi? 22. Energiya va massaning ozaro bogliqlik qonuni nimadan iborat? 23. Nima uchun jismlarni qizdirganda tajribada uning massasi ortganligini sezib bolmaydi? 24. Kimyoviy ozgarishlarda modda massasi saqlanadimi? 25. Qanday fizik hodisalarda jismning tinchlikdagi energiyasi ozini namoyon qiladi? 26. Relyativistik va klassik nazariyalar orasida qanday boglanish mavjud? 27. Òort olchovli fazo-vaqt qanday xossalarga ega? Masala yechish namunalari 1- masala. Harakatdagi jism uzunligining relyativistik qisqarishi harakatning qaysi nisbiy tezligida 25% ni tashkil qiladi? Berilgan: 8 0 0 m 25% 0,25; 3 10 . s l l c l − = = = ⋅ Òopish kerak: υ = ? Yechilishi. Òinch turgan K sanoq sistemaga nisbatan harakat- lanayotgan jismning shu sistemada olchangan uzunligi quyidagi formuladan aniqlanadi: 2 0 2 1 , l l c υ = − (a) www.ziyouz.com kutubxonasi 196 bunda: l 0 jismning u bilan birga K sistemaga nisbatan harakat- lanayotgan K′ sanoq sistemadagi uzunligi. Demak, jism ham K sanoq sistemaga nisbatan υ tezlik bilan harakatlanadi. Masalaning shartiga kora: − = 0 0 0,25, l l l bundan 0 0,75 . l l = (b) (b) dan l ning qiymatini (a) ga keltirib qoyamiz va hosil bolgan Download 3.01 Kb. Do'stlaringiz bilan baham: |
Ma'lumotlar bazasi mualliflik huquqi bilan himoyalangan ©fayllar.org 2025
ma'muriyatiga murojaat qiling
ma'muriyatiga murojaat qiling