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可见经典动能是相对论动能的低速近似.
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速度为c(注意并非趋于c)的微观粒子,(8.40)式不再适用.但是实验显示,这样的粒子在与其他微观粒子相互作用时,参与能量和动量的变换,表明它们是有能量E和动量p的.因此,可合理地认定它们的动质量m≠0,但静质量m0=0,即有
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这样的粒子在任一惯性系中只能处于速度为c的运动状态,否则便湮没消失.
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物体在一定条件下可模型化为质点,(8.42)式中的u便是物体的平动速度.物体的总能量E,由其平动动能Ek和平动速度为零的静能E0合成.物体内有物质结构,结构成员可在物体内部运动,这种内部运动对应的各自总能量Ei之和以及结构成员间的相互作用势能之和(即为物体内势能)相加,即成原物体的静能E0.势能本质上属于物质场能,物体内势能实属物体内部物质场的能量.物体的外势能,例如物体的重力势能不属物体所有,故不计入物体总能量E之内.
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(8.40)式中的质量为惯性质量,物质的引力质量与惯性质量严格地成正比,取比例系数为1,则(8.40)式中的m和m0也可说成是质点运动时的引力质量和静止时的引力质量.
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经典力学中质点的能量、动量间有下述关联:
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狭义相对论中,由不难导得能量与动量间的下述关联:
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以上介绍了狭义相对论动力学的基本内容,在给出质点动力学量惯性系变换式的同时,也就从理论上认可了修正后的牛顿第二定律的惯性系不变性.所得理论是否正确,必须经过实验验证,迄今为止涉及高速运动微观粒子的实验都给出了正面的结论.
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例17 试证动力学量关系式p=mu,E=mc2,与(8.31),(8.33)式中的积分常量C1和C2同取为零之间的关系是自洽的.
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证 设某质点静止在S系,其质量为m0,动量为p=0,能量为E=m0c2.此质点在S′系的速度为质量、动量和能量分别为
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另由(8.31)、(8.33)式,又分别可得
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相互对比,可见取C1=0和C2=0是自洽的.
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例18 狭义相对论动质量公式和质能关系式的微积分导出.
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(1)设牛顿第二定律的原始形式具有惯性系不变性,即有
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