A. Релятивистский закон

Релятивистский закон сложения скоростей

Новым релятивистским представлениям о пространстве и времени соответствует новый закон сложения скоростей.

Запишем закон сложения скоростей для частного случая, когда тело М движется вдоль оси X' системы отсчета К', которая, в свою очередь, движется со скоростью \(~\vec \upsilon\) относительно системы отсчета К. Причем в процессе движения координатные оси X и X' все время совпадают, а координатные оси Y и Y', Z и Z' остаются параллельными (рис. 18.4).

Рис. 18.4

Обозначим модуль скорости тела относительно К' через \(~\upsilon_1\) а модуль скорости этого же тела относительно К через \(~\upsilon_2\). Тогда релятивистский закон сложения скоростей будет иметь вид

\(\upsilon_2 = \frac{\upsilon_1 + \upsilon}{1 + \frac{\upsilon_1 \upsilon}{c^2}} . \) (18.4)

Заметим, что формула (18.4) применима только в том случае, если все три вектора \(~\vec \upsilon , \vec \upsilon_1\) и \(~\vec \upsilon_2\) направлены вдоль одной прямой. В общем случае этот закон имеет более сложный вид. Однако при любой форме записи закона его сущность заключается в том, что скорость c света в вакууме является предельной скоростью передачи сигналов.

Действительно, пусть \(~\upsilon_1 = c.\) Найдем скорость \(~\upsilon_2:\)

\(\upsilon_2 = \frac{c + \upsilon}{1 + \frac{c \upsilon}{c^2}} = c.\)

Предположим, что тело движется со скоростью \(~\upsilon_1 = c\) относительно системы К', которая в свою очередь движется со скоростью \(~\upsilon = c\) относительно системы К. Тогда \(\upsilon_2 = \frac{c + c}{1 + \frac{c \cdot c}{c^2}} = c\)

Следовательно, при любых скоростях \(~\upsilon_1\) и \(~\upsilon\) результирующая скорость \(~\upsilon_2\) не превышает с.

Если \(\upsilon \ll c\) и \(\upsilon_1 \ll c,\) то членом \(\frac{\upsilon_1 \upsilon}{c^2}\) знаменателе можно пренебречь и вместо (18.4) получим классический закон сложения скоростей\[~\upsilon_2 = \upsilon_1 + \upsilon.\] Это согласуется с принципом соответствия, согласно которому новая физическая теория не отвергает целиком предшествующую теорию, она указывает предел применимости старой теории. 

Литература

Аксенович Л. А. Физика в средней школе: Теория. Задания. Тесты: Учеб. пособие для учреждений, обеспечивающих получение общ. сред, образования / Л. А. Аксенович, Н.Н.Ракина, К. С. Фарино; Под ред. К. С. Фарино. — Мн.: Адукацыя i выхаванне, 2004. — С. 547.