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例13 惯性系S′的x′轴与惯性系S的x轴平行,S′系沿着x轴相对S系运动,速度为v.开始时质点P1在后、质点P2在前,静止于x′轴上,相距l0,如图8-23所示.令P1,P2在S′系中同时获得沿x′轴相同的加速度,经过一段时间,速度同时达到v′,一起停止加速.试问再经过足够长的时间后,S系测得P1,P2间距l为何值?
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图 8-23
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解 S′系中P1,P2同时从静止开始同步加速,无论匀加速,变加速,两者运动状态时时刻刻相同,间距保持不变.同时停止加速后,间距仍然恒定,故必有
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设置沿x′轴相对S′系以v′速度运动的惯性系S″,如图8-24所示.S″系既不认可P1,P2同时加速,也不认可P1,P2同时停止加速,但经过足够长时间后,必然认可P1,P2均相对S″系静止.此后,S″系测得的P1,P2间距l″与S′系测得的P1,P2间距l0之间有静长与动长的关系,即
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图 8-24
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S系也不认可P1,P2同时加速、同时停止加速,但最终也认可P1,P2都随S″系一起相对S系沿x轴匀速运动,速度大小为
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S系测得的P1,P2间距l与S″系测得的P1,P2间距l″之间有动长与静长的关系,即得
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例14 光在高速运动镜面上的反射.
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第7章例27中,据惠更斯原理导出了光在高速运动镜面上的反射公式,今试用相对论速度变换关系导出相应的反射公式.
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解 惯性系S′,S间的相对运动关系如图8-25所示,平面镜M随S′系相对S系高速运动,它的反光面与y′轴平行,法线与x′轴平行.一束光线斜入射到平面镜上,在S′系中反射角θ′r与入射角θ′i相等.在S系中的反射角记为θr,入射角记为θi,两者均未在图中画出.
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图 8-25
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入射光、反射光在S′系和S系的速度分量分别为
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(1)利用y方向速度变换:
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