Relativistická hmotnost

Z Multimediaexpo.cz

(Rozdíly mezi verzemi)

Aktuální verze z 14. 8. 2022, 14:53

Relativistická hmotnost je hmotnost tělesa, kterou měří pozorovatel v teorii relativity. Již podle speciální teorie relativity není hmotnost stejná pro všechny pozorovatele, ale závisí na tom, jak rychle se těleso vůči pozorovateli pohybuje.

Lze ji spočítat podle vzorce

\(m = \frac{m_0}{\sqrt{1 - \frac{v^2}{c^2}}}\),

kde \(m_0\) je klidová hmotnost (nebo také invariantní či vlastní hmotnost), \(v\) je rychlost tělesa vůči pozorovateli a \(c\) rychlost světla.

Odvození

Uvažujme nepružnou srážku popsanou ve dvou vztažných soustavách popsaných kartézskými souřadnicemi, přičemž boost, jehož rychlost je \(\omega\), probíhá podél osy x. Rozepíšeme zákon zachování energie a zákon zachování hybnosti v nečárkované a čárkované soustavě jako

\(m_1+m_2 = M,\,\)

\(v_1 m_1+v_2m_2=V M,\,\)

\(m'_1+m'_2 = M',\,\)

\(v'_1 m'_1+v'_2m'_2=V' M'.\,\)

Dále doplníme vztahy pro sčítání rychlostí

\(v'_1=\frac{v_1-\omega}{1-\frac{v_1\omega}{c^2}},\)

\(v'_2=\frac{v_2-\omega}{1-\frac{v_2\omega}{c^2}},\)

\(V'=\frac{V-\omega}{1-\frac{V\omega}{c^2}}.\)

Pro jednoduchost položíme \(v_1=0\). Dosadíme zbylé rovnice do rovnice čtvrté a získáme vztah

\((m_1 m'_2-m'_1 m_2+m_2 m'_1 \,\frac{v_2 \omega}{c^2})=0.\,\)

Nyní předpokládejme, že se hmotnost mění jen v závislosti na velikosti rychlosti daného objektu. To je dobře odůvodněný předpoklad, protože kvůli homogenitě prostoru nemůže hmotnost záviset na poloze a kvůli rotační symetrii ani na směru rychlosti. Proto můžeme psát

\(m_1={}^0m_1 f(0),\,\)

\(m'_1={}^0m_1 f(\omega),\,\)

\(m_2={}^0m_2 f(v_2),\,\)

\(m'_2={}^0m_2 f(v_2 -\omega),\,\)

předchozí rovnici tedy přepíšeme na

\(\frac{f(v-\omega)}{f(\omega)f(v_2)}\frac{1}{1-\frac{v_2\omega}{c^2}}=1.\,\)

Pro \(v_2=\omega\) tedy (za podmínky \(f(0) = 1\)) získáme

\(f(\omega)=\frac{1}{\sqrt{1-\frac{\omega^2}{c^2}}},\)

což je právě vztah pro relativistickou hmotnost.

Náklady na energie a provoz naší encyklopedie prudce vzrostly. Potřebujeme vaši podporu... Kolik ?? To je na Vás. Náš FIO účet — 2500575897 / 2010
Informace o článku. Článek je převzat z Wikipedie, otevřené encyklopedie, do které přispívají dobrovolníci z celého světa. Tento text je dostupný za podmínek Creative Commons 3.0 Unported – creativecommons.org. Originální článek na české Wikipedii

@@ Řádka 1: / Řádka 1: @@
-{{Wikipedia-cs|Relativistická hmotnost|700}}
+'''Relativistická hmotnost''' je [[hmotnost]] [[těleso|tělesa]], kterou měří [[pozorovatel]] v [[teorie relativity|teorii relativity]]. Již podle [[speciální teorie relativity]] není hmotnost stejná pro všechny pozorovatele, ale závisí na tom, jak rychle se těleso vůči pozorovateli pohybuje.
+Lze ji spočítat podle vzorce
+:<big>\(m = \frac{m_0}{\sqrt{1 - \frac{v^2}{c^2}}}\)</big>,
+kde <big>\(m_0\)</big> je [[klidová hmotnost]] (nebo také [[invariant]]ní či vlastní hmotnost), <big>\(v\)</big> je [[rychlost]] tělesa vůči pozorovateli a <big>\(c\)</big> [[rychlost světla]].
+== Odvození ==
+Uvažujme [[nepružná srážka|nepružnou srážku]] popsanou ve dvou [[vztažná soustava|vztažných soustavách]] popsaných [[kartézské souřadnice|kartézskými souřadnicemi]], přičemž [[Lorentzova grupa|boost]], jehož rychlost je <big>\(\omega\)</big>, probíhá podél osy ''x''. Rozepíšeme [[zákon zachování energie]] a [[zákon zachování hybnosti]] v nečárkované a čárkované soustavě jako
+:<big>\(m_1+m_2 = M,\,\)</big>
+:<big>\(v_1 m_1+v_2m_2=V M,\,\)</big>
+:<big>\(m'_1+m'_2 = M',\,\)</big>
+:<big>\(v'_1 m'_1+v'_2m'_2=V' M'.\,\)</big>
+Dále doplníme vztahy pro [[skládání rychlostí|sčítání rychlostí]]
+:<big>\(v'_1=\frac{v_1-\omega}{1-\frac{v_1\omega}{c^2}},\)</big>
+:<big>\(v'_2=\frac{v_2-\omega}{1-\frac{v_2\omega}{c^2}},\)</big>
+:<big>\(V'=\frac{V-\omega}{1-\frac{V\omega}{c^2}}.\)</big>
+Pro jednoduchost položíme <big>\(v_1=0\)</big>. Dosadíme zbylé rovnice do rovnice čtvrté a získáme vztah
+:<big>\((m_1 m'_2-m'_1 m_2+m_2 m'_1 \,\frac{v_2 \omega}{c^2})=0.\,\)</big>
+Nyní předpokládejme, že se hmotnost mění jen v závislosti na velikosti rychlosti daného objektu. To je dobře odůvodněný předpoklad, protože kvůli homogenitě prostoru nemůže hmotnost záviset na poloze a kvůli rotační symetrii ani na směru rychlosti. Proto můžeme psát
+:<big>\(m_1={}^0m_1 f(0),\,\)</big>
+:<big>\(m'_1={}^0m_1 f(\omega),\,\)</big>
+:<big>\(m_2={}^0m_2 f(v_2),\,\)</big>
+:<big>\(m'_2={}^0m_2 f(v_2 -\omega),\,\)</big>
+předchozí rovnici tedy přepíšeme na
+:<big>\(\frac{f(v-\omega)}{f(\omega)f(v_2)}\frac{1}{1-\frac{v_2\omega}{c^2}}=1.\,\)</big>
+Pro <big>\(v_2=\omega\)</big> tedy (za podmínky <big>\(f(0) = 1\)</big>) získáme
+:<big>\(f(\omega)=\frac{1}{\sqrt{1-\frac{\omega^2}{c^2}}},\)</big>
+což je právě vztah pro relativistickou hmotnost.
+{{Článek z Wikipedie}}
 [[Kategorie:Speciální teorie relativity]]