Масса инертная и масса гравитационная. Реферат По теме Масса инертная и масса гравитационная Выполнял Канат Уулу Мурат Гпуппа опд(дот)15сп
 Скачать 33.86 Kb.
|
|
Карагандинский государственный университет им. Е.А. Букетова Реферат По теме: Масса инертная и масса гравитационная Выполнял:Канат Уулу Мурат Гпуппа ОПД(дот)-15с/п Караганда 2019 Масса, вычисляемая подобным образом, может называться гравитационной. Установлена эквивалентность инертной и гравитационной массы. Таким образом, массой называют физическую характеристику, являющуюся выражением и мерой как инерционных, так и гравитационных свойств вещества. Инертная и гравитационная массы. Тот экспериментальный факт, что ни разу, ни при каких условиях не было обнаружено никакого различия между инертной и гравитационной массами тела, наводит на мысль, что тяготение в известном смысле может быть эквивалентным ускорению. Представим себе наблюдателя, находящегося в лифте и свободно падающего вместе с лифтом с ускорением. Массу тела, определяющую инертные свойства тела, называют инертной в отличие от гравитационной массы, которая характеризует свойства тел при их взаимном притяжении. При соответствующем выборе единиц инертная и гравитационная массы Совпадают. Значение этого факта будет выяснено позднее, а пока, основываясь ва этом факте, мы будем говорить просто о массе тела. Итак, мы приходим к выводу, что инертная и гравитационная массы каждого из тел пропорциональны друг другу. Иначе говоря, хотя обе эти массы по своим проявлениям различны, но абсолютные значения их друг другу пропорциональны. Поскольку инертная и гравитационная массы пропорциональны друг другу, то при соответствующем выборе единиц физических величин меру того и другого свойства можно выражать одним и тем же числом. При общепринятом выборе единиц гравитационная и инертная массы тела равны друг другу. В физике поэтому говорят просто о массе тела, подразумевая под этим физическую величину, являющуюся мерой инертных свойств материи и одновременно мерой ее гравитационных свойств В 1916 г. А. Эйнштейн предложил теорию тяготения (общую теорию относительности), фундаментальное значение для которой имеет равенство инертной и гравитационной масс тела, причем считается, что явления инерции и тяготения имеют одну и ту же природу. Это утверждение получило название принципа эквивалентности инерции и гравитации. Тяготение в теории Эйнштейна объясняется проявлением геометрических свойств пространства, рассматриваемого в тесной взаимосвязи с временем, т. е. геометрическими свойствами четырехмерного пространства — времени. Этвеш провел измерения угла отклонения для восьми различных тел. При этом точность измерений была такова, что относительная ошибка не превосходила 10 . Эти опыты, как и эксперименты, проведенные уже в наше время с точностью до 10 , подтвердили равенство (3.7). Значит, для всех тел, частиц и вообще для всех материальных объектов имеется строгая пропорциональность между инертной и гравитационными массами Какие опыты показывают, что инертная и гравитационная массы пропорциональны друг другу Опишите эти опыты. В 1913 г. Эйнштейн прочитал доклад на годичном собрании Швейцарского общества естествоиспытателей Начало доклада посвящено опытам Л. Эт-веша. Два совершенно различных по определению понятия — инертное сопротивление тела и постоянная, определяющая воздействие поля тяжести на тело, обозначены словом масса . Обе массы, инертная и тяжелая, оказываются в точности равными по своей величине. Равенство этих масс доказано опытами Этвеша. На всякое тело, находящееся на поверхности Земли, действуют две различно направленные силы. Одна из сил — собственно тяжесть—зависит от тяжелой массы. Другая сила—центробежная—зависит от инертной массы. Результирующая этих двух сил и представляет собой наблюдаемую тяжесть тела. Пропорциональность инертной и гравитационной масс впервые установлена Ньютоном. Он произвел опыт, показавший, что разные тела падают с одинаковой скоростью в трубе, из которой откачан Массу, фигурирующую в законе всемирного тяготения, называют гравитационной, или тяжелой массой. Возникает естественный вопрос равны ли друг другу для одного и того же тела инертная и гравитационная массы, характеризующие совершенно различные его свойства Из равенства инертной и гравитационной массы можно сделать следующий весьма важный вывод, называемый обобщен- Несмотря на такие блестящие формальные успехи классической теории тяготения, которая за 280 лет своего существования не смогла объяснить только движение перигелия Меркурия и равенство инертной и гравитационной масс, все же мгновенное распространение действия притяжения на расстояние во много миллионов километров, характерное для этой теории, оставалось загадочным к началу XX века было предложено 200 гипотез, пытающихся дать какое-то физическое объяснение тяготения ). Таким образом, при этом поступательное и вращательное движения разделяются, причем обе системы могут быть проинтегрированы в квадратурах [21] (гл. 3, 4) (что заведомо выполняется при равенстве инертной и гравитационной масс, т. е. для поля тяжести). Заметим также, что вращательное и поступательное движение разделяется для произвольного поля, если центр приведения поля совпадает с центром масс. Инертная и гравитационная массы. Всемирное тяготение В современной физике с высокой степенью точности установлена тождественность значений инертной и гравитационной масс данного тела т =т ). Поэтому их не различают и говорят просто о массе тела т). П2.3. Постулат равенства инертной и гравитационной массы тела. Принцип относительности Эйнштейна В механике равенство инертной и гравитационной масс тела служит основанием для того, чтобы во всех вопросах динамики не делать между ними различия и рассматривать одну единую массу тела. Воспользуемся этим обстоятельством и разделим обе части уравнения (П2.4) на массу ракеты В гл. 12 было показано, что фотон с энергией Av, где v —частота, должен обладать инертной массой, равной /zv/ . Есть ли у фотона также и гравитационная масса Имеются веские экспериментальные указания на то, что она есть и равна инертной массе. (При этом, разумеется, масса покоя равна нулю.) С точки зрения классической физики этот факт представляется поразительным случайным совпадением , поскольку инертные и гравитационные свойства тел в классической физике никак не связаны между собой. С точки же зрения обш.ей теории относительности пропорциональность инертной и тяжелой масс не является случайным совпадением, а отражает ту связь, которая существует между силами тяготения и силами инерции (подробно этот вопрос будет рассмотрен в 85). Масса инертная и гравитационная Масса — одна из основных характеристик любого материального объекта, определяющая его инертные и гравитационные свойства. Масса т — величина, определяющая инертные и гравитационные свойства материальных объектов dim m = N[, единица — килограмм (kg кг). Измерения ядерных спинов и магнитных моментов тесно связаны. между собой и поэтому будут рассмотрены совместно несмотря на то, что природа этих величин глубоко различна. Спин является, наряду с массой, важнейшей механической, т. е. инертной и гравитационной, характеристикой частицы, в то время как магнитный момент является характеристикой взаимодействия частицы с однородным внешним магнитным полем. Инертная игравитационная массы. Для экспериментального определения массы данного тела можно исходить из закона (1), куда масса входит как мера инертности и называется поэтому инертной массой. Но можно исходить и из закона (5), куда масса входит как мера гравитационных свойств тела и называется соответственно гравитационной (или тяжелой) массой. В принципе ИИ откуда не следует, что инертная и гравитационная массы представляют собой одну и ту же величину. Однако целым рядом экспериментов установлено, что значения обеих масс совпадают с очень высокой степенью точности (по опытам, проделанным советскими физиками (1971 г.),— с точностью до 10 ). Этот экспериментально установленный факт называют принципом эквивалентности. Эйнштейн положил его в основу своей общей теории относительности (теории тяготения). Не нарушая общности рассуждений, единищл инертной и гравитационной масс можно выбрать такими, чтобы их отношение было безразмерным и равным единице. При этом С помощью НИ выполнен рнд опытов, позволивших продемонстрировать справедливость нек-рых выводов квантовой механики спинорный характер волновой ф-ции фермиона (нейтрона), влияние на интерференцию нейтронных волн неинерциальности системы координат. Проверено на опыте равенство инертной и гравитационной массы нейтрона [эквивалентности принцип) и др. Простейший из этих опытов заключается в проверке, действительно ли все тела (из любых веществ) падают на Земле с одинаковым ускорением. Пусть мы имеем два разнородных тела, например из железа и гранита. Обозначим их инертные и гравитационные массы через Шцш, mirpaa и гпзан, "ггграв. Для первого тела В ньютоновской механике инертность и гравитация — это совершенно самостоятельные и не зависящие друг от друга свойства тел. Поэтому в рамках этой механики нет никаких теоретических предпосылок считать инертную и гравитационную массы пропорциональными друг другу. Эту пропорциональность обнаруживает только опыт и притом с очень высокой степенью точности. Из этого опытного факта мы можем сделать заключение (выходящее уже за рамки ньютоновской механики), что у каждого тела в сущности имеется одна масса, которая определяет и инертные и гравитационные его свойства. Но тогда это будет означать, что между инертностью и гравитацией нет различия. Это наводит на мысль о таком пересмотре основных положений ньютоновской механики, чтобы в новой теории инертность и гравитация были тождественны. Такая механика создана Эйнштейном. Это общая теория относительности, или теория тяготения. В основе этой теории лежит постулат о тождественности инертности и гравитации (инертной и гравита-ционно>1 массы). Большое количество опытов, выполненных впервые Ньютоном, затем Бесселем, Р. Этвёшем и другими исследователями, показали инертная и гравитационная массы равны друг другу (с точностью до 10 ) ). Однако ни из каких теоретических соображений классической механики это равенство не вытекает и в ее рамках оно необъяснимо Гравптацнонпая (тяжелая) масса — мера гравитационного взаимодействия данного тела с другими. Равенство инертной и гравитационной массы — важнейший закон природы. Интерпретация фиктивных сил как сил гравитационных решающим образом подтверждается тем, что они имеют существенное свойство, общее с обычным гравитационным полем — их способность всем свободным частицам сообщать одинаковое ускорение независимо от их массы. Первым это свойство для гравитационного поля Земли доказал Галилей. В качестве результата своих экспериментов он смог сформулировать утверждение, что в пустом пространстве все тела падают с одинаковой скоростью . Этот результат выражает просто тот факт, что сила, с которой гравитационное поле земли действует на частицу, пропорциональна инертной массе частицы, определяющей инертность частицы к изменению состояния ее движения. Когда скорость частицы мала по сравнению со скоростью света, ее движение в направлении гравитационного поля описывается уравнением тх = т -, гдет — масса частицы их — ее ускорение в направлении гравитационного поля. Величина есть мера напряженности гравитационного поля и не зависит от массы частицы. Отсюда утверждается, что отношение инертной массы частицы к ее гравитационной массе является универсальной константой, зависящей лишь от единиц измерения. Эта теорема теперь доказана многочисленными экспериментами [84, 85, 240, 286, 209]. Наиболее точные из них — эксперименты Этвеша, Зеемана и Дикке. В результате всех экспериментов были получены одинаковые значения отношений инертной и гравитационной масс. Особенно интересны эксперименты Саутернса и Зеемана с ураном, относительно которого в то время уже было известно, что он обладает большим дефектом массы. В гл. 3 мы видели, что любой энергии Е соответствует инертная масса т = Е с , что подтверждено многочисленными ядерными экспериментами (см. 3.7). Масса, определяемая при помощи масс-спектрографа, очевидно, является инертной массой, и результат Зеемана по- [c.180] Постулат равенства инертной и гравитационной массы играет фундаментальную роль в современной физике и является одним из исходных положений общей теории относительности (см. [9)). Он также имеет непосредственное отношение к принципу инерциальной навигаиии. Вопрос о равенстве нли различии инертной и гравитационной масс принадлежит к числу важнейших вопросов физики и решается экспериментальным путем. Как известно, первые такие эксперименты проводились еще Галилеем (опыты по определению временн падения различных тел с Пизанской башни) и Ньютоном (опыты с крутильным маятником). Проведенные к настоящему времени тщательные измерения (опыты Этвеша и др.) подтвердили равенство этих масс с точностью до 10 %. В то же время опытных фактов, противоречащих равенству инертной и гравитац1юнной масс, не обнаружено. Эти обстоятельства послужили основанием для того, чтобы признать утверждение о равенстве обеих масс справедливым и рассматривать его з качестве фундаментального свойства материи. В современной фнзнке данное положение играет роль постулата. [c.532] Со времен Галилея известно, однако, что именно этим свойством отличается поле тяготения, в котором все массы приобретают одинаковые ускорения. Масса в поле тяготения является количественной характеристикой силы, с которой тело притягивается к другим телам ( тяжелая масса). С другой стороны, при движении тела под действием других сил, отличных от сил тяготения, масса является количественной характеристикой инертности тел, т. е. их способности замедлять процесс изменения собственной скорости ( инертная масса). Понятия инертной и тяжелой масс, казалось бы, не имеют между собой ничего общего, поскольку первое из них относится к движению в любых нолях, а второе — только в гравитационных полях. Тем более примечательными оказались эксперименты Р. Этвеша (1848—1919), показавшего (с достаточно большой точностью), что обе массы пропорциональны друг другу, и, следовательно, выбором единиц их можно сделать просто равными. Этот результат, первоначально казавшийся случайным, Эйнштейн воспринял как фундаментальный физический принцип, давший возможность сделать вывод о локальной эквивалентности полей сил инерции и тяготения и тем самым установить принцип эквивалентности инертной и тяжелой масс ). Следующее простое рассуждение, принадлежащее Эйнштейну, иллюстрирует эту мысль. Предположим, что в кабине лифта свободно падает твердое тело. Если кабина лифта покоится относительно Земли, то тело будет двигаться в локально однородном поле тяжести с постоянным ускорением g. Пусть теперь одновременно с телом свободно падает и кабина лифта. При одинаковых начальных условиях для кабины и тела последнее будет находиться в покое относительно кабины. В ускоренной (неинерциальной) системе отсчета, связанной с кабиной, на тело наряду с силой тяжести бу,дет действовать равная и противополоокная ей по направлению сила инерции, и под действием этих двух сил тело будет находиться в равновесии ( невесомость ). Высокая чувствительность метода Этвеша позволила ответить еще на один вопрос. Как было показано в 31, по крайней мере часть инертной массы всякого тела обусловлена внутренней энергией тела. В связи с этим возник вопрос, распространяется ли на эту часть инертной массы утверждение о равенстве инертной и тяжелой масс. Если бы на эту часть инертной массы, которая обусловлена внутренней энергией тела, не распространялось утверждение о равенстве инертной и тяжелой масс, то различие между ними было бы заметно в телах, обладающих большой внутренней энергией, в частности в радиоактивных телах. Однако опыт Этвеша, повторенный Саузернсом с радиоактивными веществами, дал тот же результат никакого различия между тяжелой и инертной массой не было обнаружено. Значит, и та часть инертной массы, которая обусловлена внутренней энергией тел, обладает равной ей гравитационной массой. Опыт Этвеша был повторен Дикке в 1961 г., причем точность была улучшена до 1 10 С этой точностью никаких различий между инертной и тяжелой массой обнаружено не было. |