Курсовая работа по физике

Курсовая работа по физике заказать готовую онлайн

Помогу сделать качественную работу по предмету физика, напишите мне и обсудим детали работы, а если есть желание самим разобраться прочитайте материал размещённый ниже.

Возможно, вас также заинтересует эта ссылка:

Заказать работу по физике помощь в учёбе

Уже на самом раннем этапе развития классической физики стал очевиден относительный характер ее законов. Задолго до Галилея и Ньютона Николай Коперник показал, что разработанный Аристотелем в рамках геоцентрической модели трудоемкий и неточный метод расчета движения планет можно сделать значительно более простым и точным, если допустить, что планеты движутся не вокруг Земли, а вокруг Солнца.

Несмотря на то, что Коперник опубликовал свое открытие лишь на склоне лет, оно было хорошо известно современникам благодаря его переписке и помогло подготовить почву для принятия гелиоцентрической модели движения планет век спустя.

Теория Коперника привела к революционному перевороту в человеческом мышлении, однако для нас здесь важно лишь то, что положение Земли в ней не считалось особенным или каким-либо образом выделенным. Следовательно, открытые на Земле физические законы должны оставаться справедливыми независимо от выбора центра системы; другими словами, вид уравнений не должен зависеть от выбора начала отсчета системы координат. Именно это свойство уравнений, выражающих физические законы, и составляет понятие относительности.

Возможно, вас также заинтересует эта ссылка:

Решение задач по физике с примерами онлайн


Данную главу мы начнем с краткого анализа законов Ньютона, а затем остановимся на теории относительности, созданной Альбертом Эйнштейном (1879-1955). Теория относительности включает в себя две теории — специальную и общую. Специальная теория относительности была создана Эйнштейном в 1905 г., и ее основной задачей является сопоставление данных измерений, проведенных в различных системах отсчета, движущихся относительно друг друга с постоянной скоростью. Вопреки распространенному мнению, в специальной теории относительности легко разобраться.

Ее положения можно вывести с помощью простых математических выкладок, и они применимы во многих ситуациях в физике и инженерии. Напротив, в построенной Эйнштейном примерно в 1916 г. общей теории относительности рассматриваются неинерциальные движущиеся с ускорением системы отсчета и гравитация.

Несмотря на то, что для полного понимания общей теории относительности необходимо владеть более сложным математическим аппаратом (скажем, тензорным анализом), некоторые из ее основных положений и выводов могут быть рассмотрены и в этой книге. Общая теория относительности играет важную роль в космологии при описания событий, происходящих вблизи чрезвычайно массивных объектов (например, звезд), однако с ней редко приходится сталкиваться в других областях физики или инженерного дела. В данной главе рассматривается только специальная теория относительности; общую теорию относительности мы обсудим в заключительном разделе гл. 2, следующем за разделами, посвященными релятивистской механике.

Возможно, вас также заинтересует эта ссылка:

Контрольная работа по физике заказать

Экспериментальные основы теории относительности

Принцип относительности Галилея

Впервые понятие ускорения было введено Галилеем, когда он экспериментировал с падающими телами и обнаружил, что скорость изменения скорости тел всегда остается постоянной; это означало, что движение падающего тела было тесно связано с изменением его скорости. Это наблюдение было обобщено Ньютоном в его втором законе:
Курсовая работа по физике (1-1)
где Курсовая работа по физике обозначает ускорение массы Курсовая работа по физике а Курсовая работа по физике — действующая на эту массу сила. (Напомним, что буквы и символы, напечатанные жирным шрифтом, обозначают векторы.)

Закон инерции — первый закон Ньютона — также содержится в формуле (1.1): скорость тела, на которое не действуют силы, не изменяется, т. е. ускорение тела равно нулю.

Системы отсчета. Существует важный вопрос, связанный с законами динамики, который изучал Ньютон и который, вы, вероятно, рассматривали на первом году изучения физики. Он касается систем отсчета, в которых эти законы выполняются. Оказывается, что законы динамики справедливы лишь в системах отсчета, называемых инерциальными; в таких системах отсчета справедлив закон инерции.1 Ньютоновские законы динамики механических систем несправедливы в системах отсчета, движущихся с ускорением относительно инерциальной системы отсчета; другими словами, ускоренно движущаяся система отсчета не является инерциальной. На рис. 1.1 и 1.2 показаны инерциальные и неинерциальная системы отсчета.

Возможно, вас также заинтересует эта ссылка:

Контрольная работа на тему физика атомного ядра заказать

Преобразования Галилея

Законы Ньютона во многом способствовали проникновению понятия относительности в физические законы. Ньютоновские законы инвариантны, т. е. имеют одинаковую форму во всех системах отсчета, движущихся с постоянной скоростью относительно некоторой инерциальной системы отсчета. Все такие системы отсчета эквивалентны друг другу. Если для наблюдателя, находящегося в инерциальной системе отсчета Курсовая работа по физике скорость некоторого объекта равна Курсовая работа по физике а для наблюдателя, находящегося в системе отсчета Курсовая работа по физике движущейся относительно системы Курсовая работа по физике в направлении Курсовая работа по физике с постоянной скоростью Курсовая работа по физике скорость того же объекта равна Курсовая работа по физике то Курсовая работа по физике или с учетом обозначений на рис. 1.3
Курсовая работа по физике (1.2)
Если вспомнить, что Курсовая работа по физике и т. п., то интегрирование уравнений (1.2) приведет нас к преобразованию Галилея
Курсовая работа по физике (1.3)

Курсовая работа по физике

Рис. 1.1. Второй закон Ньютона Курсовая работа по физике иллюстрируется с помощью груза, подвешенного на нити к крыше железнодорожного вагона. На этот груз действуют только две силы — сила тяжести Курсовая работа по физике и натяжение нити Курсовая работа по физике (а) Вагон покоится в системе координат Курсовая работа по физике

  • Поскольку и скорость Курсовая работа по физике и ускорение а вагона (т. е. системы отсчета Курсовая работа по физике) равны нулю, оба наблюдателя видят, что груз висит вертикально, и Курсовая работа по физике (б)

Если система Курсовая работа по физике будет двигаться с постоянной скоростью Курсовая работа по физике в направлении Курсовая работа по физике оба наблюдателя будут видеть груз висящим вертикально, однако он будет двигаться со скоростью Курсовая работа по физике по отношению к наблюдателю Курсовая работа по физике из Курсовая работа по физике и покоиться по отношению к наблюдателю Курсовая работа по физике из Курсовая работа по физике Таким образом, Курсовая работа по физике (в) Если Курсовая работа по физике движется в направлении Курсовая работа по физике с ускорением Курсовая работа по физике по отношению к Курсовая работа по физике, то груз отклонится от вертикали на некоторый угол Курсовая работа по физике Тем не менее для наблюдателя в Курсовая работа по физике он по-прежнему будет покоиться (т. е. пребывать в состоянии равновесия); этот наблюдатель «оправдывает» наличие угла Курсовая работа по физике добавлением во второй закон Ньютона псевдосилы Курсовая работа по физике действующей в направлении Курсовая работа по физике

Курсовая работа по физике

Рис. 1.2. Угловая скорость спутника на геостационарной орбите равна угловой скорости Земли, поэтому он всегда находится над одним и тем же местом на ее поверхности, другими словами, он покоится по отношению к поверхности Земли.

Наблюдатель в системе Курсовая работа по физике объясняет наличие радиального ускорения спутника а действием силы Курсовая работа по физике Однако для наблюдателя Курсовая работа по физике на поверхности Земли (в системе Курсовая работа по физике) Курсовая работа по физике и Курсовая работа по физике Чтобы объяснить отсутствие ускорения, наблюдатель Курсовая работа по физике должен добавить фиктивную силу Курсовая работа по физике

Курсовая работа по физике

Рис. 1.3. Наблюдатель в системе отсчета Курсовая работа по физике на пристани получает для скорости лодки величину Курсовая работа по физике Наблюдатель в системе Курсовая работа по физике (на моторной лодке), движущейся с постоянной скоростью Курсовая работа по физике по отношению к Курсовая работа по физике, получает для скорости лодки значение Курсовая работа по физике Инвариантность ньютоновских законов в этих двух системах выражается равенством Курсовая работа по физике

Дифференцирование соотношений (1.2) дает

Курсовая работа по физике (1.4)


откуда следует, что Курсовая работа по физике Таким образом, мы видим, что Курсовая работа по физике на рис. 1.3 и рис. 1.1,б, а также в любой ситуации, когда относительная скорость Курсовая работа по физике движения систем отсчета постоянна.

Постоянство относительной скорости Курсовая работа по физике движения систем отсчета означает, что Курсовая работа по физике следовательно, оба наблюдателя получат одинаковые значения для ускорения ускоренно движущихся предметов и согласятся с формулой Курсовая работа по физике Отметим, что система отсчета Курсовая работа по физике также инерциальна, и ни одна из систем не является особенной или как-либо выделенной. Эти результаты можно обобщить следующим образом:

  • Любая система отсчета, движущаяся с постоянной скоростью относительно любой инерциальной системы отсчета, является также инерциальной. Законы ньютоновской механики одинаковы во всех системах отсчета, связанных преобразованиями Галилея.

Второе из этих утверждений называется принципом относительности Галилея. Здесь,неявно предполагается, что часы обоих наблюдателей идут синхронно, т. е. Курсовая работа по физике

Возможно, вас также заинтересует эта ссылка:

Контрольная работа по физике на тему термодинамика заказать

Пример курсовой 1.1.

Относительная скорость лодок. Какое значение для скорости весельной лодки получит наблюдатель в моторной лодке на рис. 1.3? Моторная лодка движется точно на восток от пристани со скоростью 3,0 м/с. Для наблюдателя на пристани весельная лодка движется на северо-восток со скоростью 1,5 м/с. Координатная система Курсовая работа по физике связана с пристанью, а система Курсовая работа по физике — с моторной лодкой.

Решение:

1. Величина скорости весельной лодки Курсовая работа по физике определяется выражением
Курсовая работа по физике
2. Компоненты Курсовая работа по физике находятся из уравнения (1.2): Курсовая работа по физике

Курсовая работа по физике
3. Подстановка этих величин в Курсовая работа по физике дает
Курсовая работа по физике
4. Направление Курсовая работа по физике по отношению к северу (ось — Курсовая работа по физике) задается выражением
Курсовая работа по физике
5. Подстановка значений, найденных на шаге 2, дает
Курсовая работа по физике на северо-восток

Замечание: отметим, что наблюдатели Курсовая работа по физике и Курсовая работа по физике получат различные значения для скорости и направления весельной лодки. Инвариантными относительно выбора системы отсчета являются уравнения, а не получаемые с их помощью результаты. Поскольку ни одну из систем координат нельзя считать особенной или выделенной, оба полученных результата правильны!

Возможно, вас также заинтересует эта ссылка:

Помощь по физике онлайн

Скорость света

В 1860 г. Джеймс Клерк Максвелл установил, что эмпирические законы электричества и магнетизма описываются непротиворечивой системой из четырех несложных уравнений, названных уравнениями Максвелла. Одним из следствий этих уравнений явилось предсказание существования электромагнитных волн. Сам Максвелл почти сразу понял, что его уравнения не удовлетворяют принципу относительности Галилея, т. е. не инвариантны относительно преобразований Галилея при переходе из одной инерциальной системы отсчета в другую.

Убедиться в этом можно, посмотрев на рис. 1.4, где изображен бесконечно длинный проводник с однородной линейной плотностью Курсовая работа по физике отрицательного электрического заряда и точечный заряд Курсовая работа по физике расположенный на расстоянии Курсовая работа по физике от проводника. В системе отсчета Курсовая работа по физике проводник и заряд покоятся. Вторая система отсчета Курсовая работа по физике движется относительно Курсовая работа по физике с постоянной скоростью Курсовая работа по физике в направлении Курсовая работа по физике Неподвижный в Курсовая работа по физике наблюдатель видит, что проводник и заряд Курсовая работа по физике движутся в направлении Курсовая работа по физике со скоростью Курсовая работа по физике В системах отсчета Курсовая работа по физике и Курсовая работа по физике на заряд Курсовая работа по физике действуют разные электромагнитные силы, поэтому при измерении наблюдатели получат разные значения этих сил.

Курсовая работа по физике

Рис. 1.4. В системах отсчета Курсовая работа по физике и Курсовая работа по физике бесконечно длинный проводник с однородной линейной плотностью заряда Курсовая работа по физике создает на расстоянии Курсовая работа по физике одинаковое электрическое поле Курсовая работа по физике В системах отсчета Курсовая работа по физике и Курсовая работа по физике со стороны линейного заряда на Курсовая работа по физике действует одинаковая сила, однако для наблюдателя в Курсовая работа по физике будет существовать еще одна сила Курсовая работа по физике обусловленная наличием в точке магнитного поля, возникающего из-за движения проводника в направлении Курсовая работа по физике Таким образом, электромагнитные силы неодинаковы в различных инерциальных системах отсчета и, следовательно, уравнения Максвелла не инвариантны относительно преобразований Галилея.

Сейчас самое время задаться вопросом, кого могло заинтересовать, что законы механики Ньютона одинаковы во всех инерциальных системах отсчета, а законы электромагнетизма Максвелла такой инвариантностью не обладают?

Ученых тех лет этот вопрос не волновал бы, если бы уравнения Максвелла не предсказывали существования электромагнитных волн, скорость распространения которых равнялась вполне определенному значению Курсовая работа по физике Прекрасное соответствие этой величины экспериментально измеренному значению скорости света, а также совпадение предсказанных поляризационных свойств электромагнитных волн с наблюдаемой поляризацией света явились существенным аргументом в пользу предположения, что свет представляет собой электромагнитную волну и, следовательно, распространяется со скоростью Курсовая работа по физике

  • В девятнадцатом веке считалось незыблемой истиной, что подобно всем остальным видам волн электромагнитные волны распространяются в определенной материальной среде.

Эту среду назвали эфиром; считалось, что она находится повсюду во Вселенной, в том числе и внутри материальных тел. (Гипотезу о том, что Вселенная заполнена «эфиром», первым высказал греческий философ Аристотель 2000 лет назад.) Эфир обладает противоречивыми свойствами, в том числе является необычайно плотным (чтобы обеспечить движение электромагнитных волн со скоростью света) и в то же время не оказывает сколько-нибудь заметного сопротивления орбитальному движению планет, которое полностью подчиняется ньютоновским законам тяготения.

Одно из следствий данной гипотезы состоит в том, что согласно классическим преобразованиям [уравнения (1.2)] световая волна, движущаяся со скоростью с по отношению к эфиру, будет двигаться со скоростью Курсовая работа по физике по отношению к системе координат, движущейся относительно эфира со скоростью Курсовая работа по физике Таким образом, в движущейся системе координат уравнения Максвелла имели другую форму, и для скорости света из них следовала величина Курсовая работа по физике вместо Курсовая работа по физике В свою очередь, это обеспечило бы эфиру в теории электромагнетизма статус особой, выделенной системы отсчета. Отсюда следовала возможность поставить эксперимент, который позволил бы обнаружить существование этой выделенной системы отсчета.


Трудности с введением гипотезы эфира состояли не в том, что он играл роль выделенной системы отсчета для уравнений Максвелла (Ньютон приписывал такую же выделенность в механике системе отсчета, связанной с «неподвижными звездами»), а в том, что в отличие от всех других сред, в которых распространяются различные типы волн (например, вода, воздух, твердые тела), эфир никак не обнаруживал своего существования. Чтобы обнаружить эфир, было поставлено множество экспериментов, однако всем им было свойственно одно существенное ограничение.

Чтобы проиллюстрировать это ограничение, рассмотрим классический опыт.


Физо по измерению скорости света (рис. 1.5). Время Курсовая работа по физике за которое свет проходит весь путь от колеса до зеркала и обратно, составляет Курсовая работа по физике следовательно, скорость света равна

Курсовая работа по физике

Курсовая работа по физике

Рис. 1.5. В 1849 г. Физо провел измерение скорости света, направив световой пучок на удаленное зеркало через зазор между зубьями вращающегося колеса, которое дробило пучок на отдельные импульсы. Световой импульс, распространяющийся со скоростью света с, затратит Курсовая работа по физике секунд на движение от колеса до зеркала и обратно. Если за это время колесо повернется настолько, что на пути импульса окажется зуб, то наблюдатель не увидит света.

Однако если угловая скорость вращения колеса будет такой, что на своем обратном пути импульс попадет в следующую прорезь, наблюдатель увидит свет.

  • Однако движение Земли по отношению к эфиру с некоторой (неизвестной) скоростью Курсовая работа по физике повлияет на время, измеряемое в ходе проводимого на Земле «туда-обратно» эксперимента типа опыта Физо. Если Земля движется слева направо (рис. 1.5) со скоростью Курсовая работа по физике, то на пути «туда» скорость света относительно лаборатории будет Курсовая работа по физике а на пути «обратно» Курсовая работа по физике

Полное время Курсовая работа по физике при этом составит

Курсовая работа по физике (1.5)

В этом выражении член Курсовая работа по физике преобразован с использованием биномиального разложения по степеням малой величины Курсовая работа по физике и в нем удержано только два первых члена. Несмотря на то, что скорость движения Земли относительно эфира неизвестна, разумно было предположить, что в одно из времен года она окажется примерно равна скорости орбитального движения Земли вокруг Солнца, т. е. около 30 км/с.

Следовательно, максимально наблюдаемый эффект по порядку величины мог составлять лишь Курсовая работа по физике т. е. одну стомиллионную долю.

Точность опыта Физо была примерно в 10000 хуже и не позволяла обнаружить столь малый эффект. Для обнаружения влияния движения Земли на скорость распространения света предлагалось много экспериментов, однако во всех, кроме одного, точность измерительного оборудования (как и у Физо) была недостаточна для обнаружения столь малого эффекта. Единственным исключением стал эксперимент Майкельсона-Морли.

Возможно, вас также заинтересует эта ссылка:

РГР по физике расчетно графическая работа

Пример курсовой 1.2.

Орбитальная скорость Земли. Определите среднюю скорость орбитального движения Земли в инерциальной системе отсчета с началом в центре Солнца. Среднее значение радиуса земной орбиты Курсовая работа по физике составляет Курсовая работа по физике

Решение:

1. Средняя скорость движения по орбите определяется длиной орбиты Курсовая работа по физике и временем, затрачиваемым на один оборот:
Курсовая работа по физике
2. Длина орбиты выражается через ее радиус Курсовая работа по физике Среднее значение величины Курсовая работа по физике используется в качестве единицы измерения расстояния в солнечной системе, так называемой астрономической единицы (а. е.).
Курсовая работа по физике
3. Земля проходит расстояние Курсовая работа по физике за время Курсовая работа по физике Средняя скорость определяется как
Курсовая работа по физике

Возможно, вас также заинтересует эта ссылка:

Задачи по физике с решением

Эксперимент Майкельсона-Морли

Все типы волн, известные ученым XIX века, могли распространяться только в материальных средах. Океанские волны не могут существовать без воды. Аналогично волны вдоль гитарной струны, по поверхности натянутой на барабан мембраны, в недрах земли после землетрясения и, разумеется, во всех других средах распространяются при воздействии на них соответствующих сил. Скорость распространения волн в данной среде зависит от ее свойств.

Например, можно измерить скорость звуковых волн в воздухе, т. е. скорость их распространения по отношению к неподвижной воздушной среде. Эффект Доплера в случае звуковых волн зависит не только от относительного движения источника звука и слушателя, но также и от движения каждого из них относительно воздушной среды. Вот почему ученые того времени считали само собой разумеющимся, что свет и другие электромагнитные волны распространяются в некоторой материальной среде, эфире; несмотря на то, что эфир оставался ненаблюдаемым, они полагали, что абсолютное движение Земли относительно него можно обнаружить.


Влияние движения Земли на результаты любого опыта по измерению скорости света, в представленных направлениях, схематично изображенного на рис. 1.6, слишком мало для непосредственного измерения. Однако Майкельсон полагал, что величины порядка Курсовая работа по физике можно будет обнаружить с помощью разностной схемы измерений, использующей интерференционные свойства световых волн в качестве высокоточных «часов».

Созданный им для этих измерений прибор называется интерферометром Майкелъсона. Цель эксперимента Майкельсона-Морли заключалась в том, чтобы, измерив скорость света относительно интерферометра (т. е. относительно Земли), определить скорость движения Земли относительно эфира и тем самым доказать его существование. Для иллюстрации принципа действия интерферометра и объяснения плана эксперимента рассмотрим сначала сходную задачу в более привычных условиях.

Курсовая работа по физике

Рис. 1.6. Источник света, зеркало и наблюдатель движутся со скоростью Курсовая работа по физике относительно эфира. Скорость света относительно эфира равна с; согласно классической теории, скорость света, распространяющегося от источника к зеркалу, с точки зрения наблюдателя составит Курсовая работа по физике а скорость света, распространяющегося от зеркала обратно к источнику, Курсовая работа по физике

Пример курсовой 1.3.

Лодочные гонки. Два одинаково подготовленных гребца состязаются по схеме, представленной на рис. 1.7. Каждый из гребцов развивает на своей лодке скорость с в стоячей воде, скорость течения реки равна Курсовая работа по физике Лодка 1 проходит расстояние Курсовая работа по физике из Курсовая работа по физике в Курсовая работа по физике и обратно. Лодка 2 проходит то же расстояние из Курсовая работа по физике в Курсовая работа по физике и обратно. Курсовая работа по физике и Курсовая работа по физике — метки на берегу. Какая лодка выиграет гонку? Будет ли ничья? (Считается, что Курсовая работа по физике)

Курсовая работа по физике

Рис. 1.7. (а) В стоячей воде каждая из лодок развивает скорость Курсовая работа по физике (Пример 1.3). Скорость течения реки равна Курсовая работа по физике Лодка 1 движется из Курсовая работа по физике в Курсовая работа по физике и затем возвращается в Курсовая работа по физике; лодка 2 движется из Курсовая работа по физике в Курсовая работа по физике и возвращается в Курсовая работа по физике. (6) Гребец в лодке 1 должен направить свою лодку так, чтобы сумма векторов скорости Курсовая работа по физике отвечала движению из Курсовая работа по физике прямо в Курсовая работа по физике. Его скорость относительно берега при этом будет равна Курсовая работа по физике То же будет справедливо и на обратном пути.

Решение:

Разумеется, победителем станет тот, кто затратит меньшее время на путь туда и обратно. Чтобы определить, какая лодка придет первой, надо подсчитать время в пути для каждой из них. Используя классическую формулу для сложения скоростей [уравнение (1.2)], для скорости лодки 1 относительно берега получим Курсовая работа по физике, как показано на рис. 1.7,6; так что полное время Курсовая работа по физике, затраченное лодкой 1 на путь туда и обратно, составит

Курсовая работа по физике (1.6)
где мы опять использовали биномиальное разложение. Лодка 2 движется вниз по течению со скоростью Курсовая работа по физике относительно берега и возвращается обратно со скоростью Курсовая работа по физике (также относительно берега). Полное время Курсовая работа по физике, затраченное на движение в обе стороны, таким образом, составит

Курсовая работа по физике (1.7)
что, как можно заметить, совпадает с результатом, полученным при обсуждении эксперимента по измерению скорости света [формула (1.5)].
Разница Курсовая работа по физике между временами, затрачиваемыми лодками на путь в оба конца, составит

Курсовая работа по физике (1.8)
Величина Курсовая работа по физике всегда положительна, поэтому Курсовая работа по физике и лодка 1 выиграет гонку, поскольку ее средняя скорость больше.

Результаты. Поставленный в 1887 г. Майкельсоном и Морли эксперимент повторял проведенный в Потсдаме в 1881 г. Майкельсоном неудачный опыт, однако в нем использовался усовершенствованный интерферометр. Оптический путь Курсовая работа по физике в новом интерферометре (рис. 1.8) составлял около 11м благодаря нескольким последовательным отражениям светового луча.

Интерферометр Майкельсона схематично изображен на рис. 1.9,а. Экспериментатор наблюдал серию чередующихся темных и светлых интерференционных полос, как показано на рис. 1.9,6. Два световых луча в интерферометре полностью аналогичны лодкам в примере 1.3, поэтому ожидалось, что движение Земли сквозь эфир приведет к возникновению разности времен (фаз) в соответствии с соотношением (1.8).

Поворот интерферометра на 90° удваивает разность времени и приводит к изменению разности фаз, в результате чего интерференционная картина смещается на величину Курсовая работа по физике Для поворотов использовалась усовершенствованная система: интерферометр размещался на массивной каменной плите, плавающей в ванне со ртутью.

Такое устройство позволяло гасить вибрации и давало экспериментаторам возможность поворачивать интерферометр, не внося в конструкцию механических напряжений — вибрации и механические напряжения привели бы к изменению оптической длины пути Курсовая работа по физике и, следовательно, к смещению интерференционных полос.

В эксперименте использовался натриевый источник света с Курсовая работа по физике если предположить, что Курсовая работа по физике (орбитальная скорость Земли), то величина Курсовая работа по физике как ожидалось, должна была составить около 0,4 ширины полосы, т. е. примерно в 40 раз больше величины минимального сдвига (0,01 от ширины полосы), которую мог бы обнаружить интерферометр.

Курсовая работа по физике

Рис. 1.8. Прибор Майкельсона-Морли, использованный в эксперименте 1887 года. Оптические узлы укреплены на квадратной плите из песчаника со стороной 1,5 м; для уменьшения напряжений и вибраций, мешавших при проведении предшествующих экспериментов, плита плавала в ванне со ртутью.

Вращение установки в горизонтальной плоскости позволяло проводить измерения в любом направлении. (Цитируется по книге R.S. Shankland, «The Michelson-Morley Experiment», Copyright November 1964 by Scientific American, Inc. All rights reserved.)

Курсовая работа по физике

Рис. 1.9. Интерферометр Майкельсона. (а) Желтый свет натриевого источника расщепляется на два луча второй поверхностью полупрозрачного зеркала в точке Курсовая работа по физике в которой оба луча в точности синфазны.

Лучи распространяются во взаимно перпендикулярных направлениях Курсовая работа по физике и Курсовая работа по физике и возвращаются в точку Курсовая работа по физике где воссоединяются и наблюдаются. Назначение компенсатора состоит в том, чтобы сделать одинаковыми оптические длины обоих путей, т. е. чтобы на обоих путях Курсовая работа по физике укладывалось одинаковое число световых волн; это достигается пропусканием света через стеклянные пластины. Затем пластина Курсовая работа по физике слегка поворачивается и оказывается в точности перпендикулярной Курсовая работа по физике В результате наблюдатель Курсовая работа по физике будет видеть Курсовая работа по физике и Курсовая работа по физике — изображение Курсовая работа по физике, возникающее в частично отражающей второй поверхности полупрозрачного зеркала.

Характер интерференции двух лучей зависит от числа длин волн в каждом из них, которое в свою очередь зависит от 1) оптической длины каждого из путей и 2) скорости света (относительно установки) вдоль этих путей. Какими бы ни были эти скорости, наличие угла между Курсовая работа по физике и Курсовая работа по физике приведет к увеличению оптической длины пути луча 2 по сравнению с лучом 1, если перемещать слева направо в поле зрения наблюдателя. Следовательно, наблюдатель увидит серию вертикальных интерференционных полос типа изображенных на рис. (6); эти полосы либо желтого, либо черного цвета соответственно при конструктивной и деструктивной интерференции.

К огромному разочарованию Майкельсона и большинства ученых того времени, ожидавшегося смещения интерференционных полос не обнаружилось. Наблюдавшееся смещение составляло лишь 0,01 от ширины полосы, что находилось в пределах ошибки прибора. Майкельсон высказался о полученных результатах с присущей ему сдержанностью:

Курсовая работа по физике

Альберт Абрахам Майкельсон
AIP, Meggers Gallery of Nobel Laureates

Наблюдавшееся смещение [полос] определенно составляло менее одной двадцатой части [от 0,4 ширины полосы] и, по-видимому, менее одной сороковой. Поскольку смещение пропорционально квадрату скорости, относительная скорость движения Земли и эфира, вероятно, не превосходит одной шестой от орбитальной скорости Земли и во всяком случае она меньше одной четвертой.

  • Для скорости движения Земли относительно эфира Майкельсон и Морли получили значение, не превышающее примерно 5 км/с. По прошествии многих лет нам теперь трудно оценить, насколько разрушительное действие возымел этот результат. Выяснилось, что принятая в то время теория распространения света была неверной, а эфир, представлявший собой выделенную систему отсчета для уравнений Максвелла, не существовал. Аналогичные опыты ставились другими учеными более десятка раз при различных условиях и с более высокой точностью, но никакого сдвига так и не было обнаружено. В одном из самых точных опытов, проведенном в 1930 г., Джордж Джус использовал интерферометр с намного большей оптической базой, чем в майкельсоновском, и добился точности измерений 1,5 км/с. В недавних прецизионных измерениях по той же схеме, но с использованием лазерных пучков точность измерений была доведена до 15 м/с.


Обобщая результаты всех экспериментов, мы неизбежно приходим к выводу, что уравнения Максвелла справедливы во всех инерциальных системах отсчета, а скорость распространения электромагнитных волн одинакова в них вне зависимости от того, движется ли источник относительно наблюдателя или нет.

Постоянство скорости света во всех инерциальных системах отсчета означает, что должен существовать некий принцип относительности, применимый в равной степени в теории электромагнетизма и в механике. Таким принципом не может быть принцип относительности Галилея, согласно которому скорость света зависит от скорости относительного движения источника и наблюдателя. Следовательно, преобразования Галилея в данной ситуации непригодны для преобразования координат при переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой и должны быть заменены некоторым новым преобразованием, которое гарантировало бы инвариантность законов электромагнетизма. Мы вправе ожидать, что согласующиеся с принципом относительности Галилея фундаментальные законы механики потребуют модификации, с тем чтобы обеспечить их инвариантность относительно нового преобразования. Теоретический вывод этого преобразования явился краеугольным камнем в разработанной Эйнштейном специальной теории относительности.