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为什么这样去推导尺缩效应的公式会丢失一个二次根

答案:1  悬赏:30  手机版
解决时间 2021-05-04 07:39
设火车车箱静止时的长度为L,中间的光源距前壁和后壁为L/2.火车以速度v在铁轨上做匀速直线运动,我们通过某种方法测出运动的火车的长为L0,中间的光源到前后壁即为L0/2.以路基作为参考系,光源同时发出的两束光,到达前壁所用的时间为t1=(L0/2 +v*t1)/C,到后壁为t2=(L0/2 -v*t2)/C则光到达后壁比到达前壁要早T=t2-t1.这样我们去测在静止时长为L,运动时速度为v的车箱时,会先读后壁的数值,且比读前壁时要早T,这样测得车箱长L0=L-v*T整理后L0=L*(1-v^2/C^2)
最佳答案
 洛伦兹变换的简明推导
事实一
  相对性原理。物理定律在所有的惯性系(惯性系就是能让牛顿第一定律成立的参考系)中都是相同的。也就是说,不同惯性系的物理方程形式是相同的。比如,在低速条件下,牛顿三定律的公式在地球惯性系中是这样写的,在太阳惯性系中也是一样的写法
事实二
  光速不变。在所有惯性系中,真空中的光速等于恒定值c。光速大小与参考系之间的相对运动无关,也与光源、观察者的运动无关
推导过程
  现在根据这两个事实,推导坐标的变换式   设想有两个惯性坐标系分别叫S系、S'系,S'系的原点O‘相对S系的原点O以速率v沿x轴正方向运动。任意一事件在S系、S'系中的时空坐标分别为(x,y,z,t)、(x',y',z',t')。两惯性系重合时,分别开始计时   若x=0,则x'+vt'=0。这是变换须满足的一个必要条件,故猜测任意一事件的坐标从S'系到S系的变换为   x=γ(x'+vt') (1)   式中引入了常数γ,命名为洛伦兹因子   (由于这个变换是猜测的,显然需要对其推导出的结论进行实验以验证其正确性)   在此猜测上,引入相对性原理,即不同惯性系的物理方程的形式应相同。故上述事件坐标从S系到S'系的变换为   x'=γ(x-vt) (2)   y与y'、z与z'的变换可以直接得出,即   y'=y (3)   z'=z (4)   把(2)代入(1),解t'得   t'=γt+(1-γ^2)x/γv (5)   在上面推导的基础上,引入光速不变原理,以寻求γ的取值   设想由重合的原点O(O')发出一束沿x轴正方向的光,设该光束的波前坐标为(X,Y,Z,T)、(X',Y',Z',T')。根据光速不变,有   X=cT (6)   X’=cT' (7)   (1)(2)相乘得   xx'=γ^2( xx'-x'vt+xvt'-v^2*tt') (8)   以波前这一事件作为对象,则(8)写成   XX'=γ^2(XX'-X'VT+XVT'-V^2*TT') (9)   (6)(7)代入(9),化简得洛伦兹因子   γ=[1-(v/c) ^2]^(-1/2) (10)   (10)代入(5),化简得   t'=γ(t-vx/c^2) (11)   把(2)、(3)、(4)、(11)放在一起,即S系到S'系的洛伦兹变换   x'=γ(x-vt),   y'=y,   z'=z,   t'=γ(t-vx/c^2) (12)   根据相对性原理,由(12)得S'系到S系的洛伦兹变换   x=γ(x'+vt'),   y=y',   z=z',   t=γ(t'+vx'/c^2) (13)   下面求洛伦兹变换下的速度变换关系   考虑分别从S系和S'系观测一质点P的运动速度。设在S系和S'系中分别测得的速度为u(j,n,m)和u'(j',n',m')   由(12)对t'求导即得 S系到S'系的洛伦兹速度变换   j'=(j-v)/(1-vj/c^2),   n'=n/[γ(1-vj/c^2)^-1],   m'=m/[γ(1-vj/c^2)^-1] (14)   根据相对性原理,由(14)得S'系到S系的洛伦兹速度变换   j=(j'+v)/(1+vj'/c^2),   n=n'/[γ(1+vj'/c^2)^-1],   m=m'/[γ(1+vj'/c^2)^-1] (15)   洛伦兹变换结合动量定理和质量守恒定律,可以得出狭义相对论的所有定量结论。这些结论得到实验验证后,也就说明了狭义相对论的正确性

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