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(3)质点加速度的变换与质点的速度有关,
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这些特征完全不同于经典理论.
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例15 试导出x方向加速度的下述变换式:
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其中第一个变换式与ux有关,第二个变换式与有关.
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解 由
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得
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由关系式导得
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代入上式,得
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力学(物理类) 8.4 狭义相对论动力学
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8.4.1 力的定义和变换
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牛顿力学中物体的质量m和物体所受力F一起由关系式F=ma定义,演示宏观现象的大量实验对定义的认可,使得关系式F=ma成为定律.定律中的m不随物体的运动状态发生变化,是一个参考系不变量.经典理论中a是惯性系不变量,于是牛顿定律的惯性系不变性要求F也是惯性系不变量.经典力学涉及的诸多真实力,如牛顿万有引力、重力、浮力、摩擦力、弹性力等,在当时的实验精度范围内已被证实都是惯性系不变量.
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爱因斯坦狭义相对论时空度量关系的建立,揭示出除非加速度为零,否则a不是惯性系不变量.面对这一结论,显然不能不加论证地判定在狭义相对论中m,F仍然可以是惯性系不变量,而是需要一般地考察m,F的惯性系变换关系.另一方面,在狭义相对论中也不能不加论证地认可,以F=ma形式表述的牛顿第二定律仍然满足相对性原理的要求.总之,在狭义相对论的动力学内容中,一是要找出F,m的惯性系变换式,二是要建立符合相对性原理要求的牛顿第二定律.
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完成上述工作的途径不是唯一的.例如可以在改造牛顿第二定律之前,先设定与外界无相互作用的物质系统其总能量(包括机械能、热能……)和动量分别守恒,或者改为设定这样的系统其总质量和动量分别守恒.而后,通过两个全同质点的弹性碰撞或完全非弹性碰撞,简捷地得到质点质量m随其运动速度u的变化关系,实质上也就是得到了质量的惯性系变换式.牛顿第二定律表达式F=ma中m的不变性既然已被否定,便改取表达式F=d(mu)/dt=dp/dt来考察它的惯性系不变性和F的惯性系变换式.
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