Меню

Теория относительности на пальцах

Теория относительности «на пальцах»

Всем привет. Это обзор пятой главы книги Стивена Хокинга «Кратчайшая история времени», в которой мы попытаемся разобраться с такой, казалось бы, сложной вещью как теория относительности, и понять что это такое. Если ткнуть на Альберта вверху, то покажут мультик.
Для начала, поговорим о скорости света. Ещё до трудов Ньютона датский астроном Оли Рёмер, наблюдал за спутниками Юпитера. Он заметил, что периоды их исчезновения и появления за планетой происходят с разными интервалами времени. Такое явление Рёмер объяснил конечностью скорости света и вот почему. Если скорость света бесконечна, то появление спутников происходило бы через строго определённые промежутки времени, ровно в тот момент когда они происходят на юпитере, мы бы видели их и на земле. Но предположим, что свет движется с некой скоростью, тогда мы увидим затмение спутника спустя некоторый промежуток времени, ровно такой, сколько свету потребуется для преодоления расстояние от Юпитера до земли. Становится понятно что это время будет тем меньше чем меньше расстояние от Земли до Юпитера и наоборот. Расстояние между планетами не постоянно, а изменяется во время вращения планет по орбитам. Теперь пазл сложился. Если во время измерений периодов между затенениями спутников Юпитера, расстояние между Юпитером и Землёй уменьшаются, то затмения будут длится меньше времени, а если Земля и Юпитер будут удаляться друг от друга, то затмения будут длится дольше. Рёмер даже смог измерить скорость света на основании изменений длительности затмений и их фаз. У него получилось значение 225 тысяч километров в секунду. Это отличается от современного значения 300 тыс километров в секунду меньше чем на треть. Если учесть что свои работы Рёмер проводил за 11 лет до публикаций Ньютона, то поражаешься насколько он был крут.

Ещё долгих 200 лет не было толком ни какой теории распространения света, до явления гения Максвелла, который смог объединить две обособленных до того теории электрических и магнитных сил (есть байка что сделал он это на экзамене, когда препод осознано добавил нерешаемую задачу на экзамене, чтобы выяснить кто из студентов не ходил на пары. Это не Хокинг сказал, это уже моё собственное дополнение). Уравнения Максвелла предсказывали наличие некого волнообразного возмущения сущности, которое сам он назвал электромагнитным полем. Эти возмущения должны были иметь постоянную скорость и, вычислив её Максвелл обнаружил что она в точности совпадает со скоростью света!

Сегодня мы знаем, что возмущения Максвелла – это обычный свет. А значит, из теории Максвелла следует, что свет распространяется с конечной скоростью. Но это никак не идёт в лад с физикой Ньютона и с тем что нет никакого абсолютного пространства от которого можно мерить скорость. Давайте представим что вы играете в настольный теннис в вагоне движущегося поезда. Вагон двигается со скоростью 90 км в час, а мячик вы подаёте со скоростью 10 км в час. Для вас скорость мячика 10 км, для наблюдателя на земле 100 км. Так как же определить скорость мяча? Относительно земли? Относительно поезда? Нельзя на этот вопрос ответить без абсолютного стандарта покоя. А его вроде нет, как показал Ньютон. То же самое можно и нужно говорить про скорость света. Какой смысл несёт в себе утверждение теории Максвелла о том что свет распространяется с конечной скоростью?
Изначально научный мир хотел всю вселенную наполнить неким неподвижным эфиром. Такой штукой которая расползлась по всему бытию и именно в ней распространяется свет. Нам сейчас это кажется ересью, но эфир долго, хоть и безуспешно искали многие великие умы прошлого и позапрошлого века. Например Альберт Майкельсон (в последствии первый нобелевский лауреат Америки по физики), пытался измерить скорость света вдоль и поперёк вращения Земли вокруг солнца. Если положить что солнце неподвижно относительно эфира, и зная что земля крутиться вокруг него со скорость примерно 30 км в секунду. То получается, что свет должен иметь разные относительные скорости по направлению движения планеты, и по направлению к солнцу. Но сколько ни меряли физики, всё равно получалась одинаковая скорость света. Примерно 300 тыс. км в секунду.
Всё изменилось с появлением в научном мире сотрудника патентного бюро, совершено не известного ранее. И вы конечно догадались что речь об Эйнштейне. Именно он первым предложил отказать от идеи абсолютного времени, и из его выкладок эфир отпадал сам собой.
Фундаментальный постулат Эйнштейна, именуемый принципом относительности, гласит, что все законы физики должны быть одинаковыми для всех свободно движущихся наблюдателей независимо от их скорости. Это было верно для законов движения Ньютона, но теперь Эйнштейн распространил эту идею также и на теорию Максвелла. Другими словами, раз теория Максвелла объявляет скорость света постоянной, то любой свободно движущийся наблюдатель должен фиксировать одно и то же значение скорости света независимо от скорости, с которой он приближается к источнику света или удаляется от него. Конечно, эта простая идея объяснила — без привлечения эфира или иной привилегированной системы отсчета — смысл появления скорости света в уравнениях Максвелла, однако из нее также вытекал ряд удивительных следствий, которые зачастую противоречили интуиции.
Самое удивительное, это то что два наблюдателя должны по разному оценивать время одного и того же события. На этом поподробней, ибо это и есть относительность.
Представим что вы опять внутри этого абстрактного вагона. Вагон двигается со скоростью 100 км в час. Ровно посередине вагона имеется источник света. Наблюдатель внутри вагона измеряет расстояние которое проходит свет, от источника до стенки вагона А. Тут и мерить нечего, оно будет равно ровно половине вагона. А теперь давайте измерим расстояние пройденное светом для наблюдателя на перроне. Так как вагон двигался, то стенка А передвинулась и свету нужно пройти немного большее расстояние. Величина смещения стенки будет равна скорости вагона умноженной на время, за которое свет доберётся от источника до неё. Положим что длина вагона равна L, а за время пока свет блуждает по вагону, последний успел проехать dX метров. Выходит что для первого наблюдателя свет преодолел расстояние в S1= L/2 метров (половину от длинны вагона), а для наблюдателя на перроне S2 = L/2+dX метров. Всё приехали. Скорость определяется очень простой формулой V=S/t. Где S – расстояние, а t – время. Скорость в этом случае 300 тыс. км в секунду, она всегда постоянна. Получаем что S1/t = S2/t. И если S1≠S2, то t должны быть неравны друг другу.

Читайте также:  Инструкция по выполнению теста стабильности работы

Последний абзац и есть объяснение теории относительности на пальцах. Каждый из нас живёт в своём мире со своим собственным блэк-джеком и временем. Понять это нелегко, даже сообществу физиков понадобились годы чтобы принять теорию относительности.

Другое интересное следствие теории относительности всем известная формула E=mc2 (не знаю как запихать текст наверх, там двоечка должна быть не просто сбоку, а в квадрате). Где Е – энергия, m-масса, ну а с — скорость света. Ввиду эквивалентности энергии и массы кинетическая энергия, которой материальный объект обладает в силу своего движения, увеличивает его массу. Иными словами, объект становится труднее разгонять. (Моё мнение отличается от мнения Хокинга, я даже обязательно расскажу почему. Но кто я такой, чтобы с ним спорить).

По мере приближения любого тела к скорости света, его масса увеличивается и для того чтобы придать ему хоть какое то ускорение, требуется всё большая энергия. Согласно теории относительности объект никогда не сможет достичь скорости света, поскольку в данном случае его масса стала бы бесконечной, а в силу эквивалентности массы и энергии для этого потребовалась бы бесконечная энергия. Вот почему теория относительности навсегда обрекает любое обычное тело двигаться со скоростью, меньшей скорости света. Прощай Андромеда, ведь даже если мы научимся разгонять корабли бороздящие просторы большого театра да скорости света, то лететь туда чуть более 2,5 миллиона лет! 2,5 миллиона лет на предельной во вселенной скорости.

Теория выдвинутая Эйнштейном в 1905 году, называется специальной, или частной. Однако в некоторых местах она шла в разрез с теорией Ньютона. Ну например гравитация должна распространяться с бесконечной скоростью. Начиная с 1908 года, Эйнштейн пытается перепрыгнуть через голову, и придумать ещё более крутую теорию. За семь с лишним лет он делает множество неудачных попыток, пока в 1915 не выдвигает ещё более невероятную и непонятную теорию – венец современной науки – общую теорию относительности.

О ней и многом другом в следующих постах.

З.Ы. Довольно интересный момент о увеличении массы при приближение тела к скорости света. С линейными размерами всё довольно просто. Скорость увеличивается — размеры вдоль направления движения уменьшаются. Но с массой всё сложнее. Дело в том что массу, в отличии от направления, нельзя померить вдоль или поперёк движения. Не может мешок картошки вдоль весить 30 кг, а поперёк 500. В научном мере, есть немалое количество физиков, которые считают увеличение массы при приближении тела к скорости света неверной штукой, и не обязательной. Есть и другие способы объяснить недостижимость скорости света. Её кстати не отменяет ни одна из трактовок. Ну кроме экзотических кротовых нор и прочего.

Источник



Разница между расстоянием и перемещением

В физике расстояние и перемещение используются для обозначения длины между двумя точками. Однако эти понятия не одно и то же.

Это длина фактического пути между двумя точками.

Это длина кратчайшего пути между двумя точками.

Таким образом, расстояние говорит нам, сколько пути пройдено телом, во время движения, а
перемещение дает нам представление о том, как далеко тело находится от своей начальной
точки, и в каком направлении. Разница между расстоянием и перемещением часто путается
или приравнивается, однако для решения физических задач, понимание сути этих двух
терминов очень важно.

Сравнительная таблица расстояния и перемещения

Параметры сравнений Расстояние Перемещение
Определение Расстояние относится к количеству пространства между двумя точками, измеренного вдоль фактического пути, связывающего их. Перемещение означает количество пространства между двумя точками, измеренное вдоль минимального пути, связывающего их.
Что это значит физически? Длина всего проспекта, пройденного телом. Наименьшее расстояние между начальной и конечной точкой.
Скаляр или вектор Скалярная величина Векторная величина
Информация Дает полную информацию о маршруте, по которому следует тело. Не дает полной информации о маршруте следования тела.
Время Расстояние никогда не может уменьшиться со временем. Перемещение может уменьшиться со временем.
Величина Положительная Положительная, Отрицательная или Ноль
Формула Скорость × Время Скорость × Время

Определение расстояния

Мы определяем расстояние как скалярное выражение. Это подразумевает, сколько области покрыто объектом во время путешествия из одного места в другое. В качестве скалярной меры она учитывает только величину, а не направление. Таким образом, дает числовое значение количества пространства между двумя точками в данный момент времени с учетом фактического пути.

Читайте также:  Отвечаем на актуальные вопросы о том как пройд т ЕНТ в 2021 году

Определение перемещения

Перемещение означает изменение положения кого-либо или чего-либо в определенном направлении. Это самая короткая длина, измеренная от исходного положения до конечного
положения движущегося тела. Это векторная величина, поэтому она учитывает как величину,
так и направление объекта. Величина перемещения относится к линейному расстоянию между двумя точками.

Как правило, измерение перемещения выполняется по прямой линии, хотя его измерение также может быть выполнено по изогнутым траекториям. Кроме того, измерение выполняется с учетом контрольной точки.

Ключевые различия между расстоянием и перемещением

Следующие пункты объясняют разницу между расстоянием и перемещением:

Количество пространства между двумя точками, измеренное вдоль фактического пути,
соединяющего две точки, называется расстоянием. Количество пространства между двумя точками, измеренное вдоль минимального пути, который их соединяет, называется перемещением.

Расстояние – это не что иное, как длина всего маршрута, пройденного объектом во время движения. С другой стороны, перемещение – это наименьшее расстояние между начальной и конечной точкой.

Расстояние дает полную информацию о пути, по которому идет тело. В отличие от этого, перемещение не дает полной информации о пути, пройденном объектом.

Перемещение уменьшается со временем, тогда как расстояние не уменьшается со временем.

Значение перемещения может быть положительным, отрицательным или даже нулевым, но значение расстояния всегда положительное.

Расстояние – это скалярная мера, которая учитывает только величину, то есть нам
нужно указать только числовое значение. В отличие от перемещения, которое является
векторной мерой и учитывает как величину, так и направление.

Пройденное расстояние не является уникальным путем, но перемещение между двумя
точками является уникальным путем.

Источник

Физическая культура. 10 класс

Конспект урока

Конспект на интерактивный видео-урок

по предмету «Физическая культура» для «10» класса.

Урок № 9. Бег на 1000 м – техника выполнения

Перечень вопросов, рассматриваемых в теме: в процессе проведения урока обучающиеся ознакомятся с техникой бега на средние дистанции (на 1000 м), финиширования при беге на средние дистанции на 1000 м, а также со специальными дыхательными упражнениями и подвижными играми.

Средняя дистанция – дистанция для бега длиной от 800 м до 3000 м.

Стартовый разгон – преодоление расстояния от 15 до 30 м за минимальное время.

Старт – составляющая бега на среднюю дистанцию, которая определяет начальное положение тела спортсмена.

Длина шага – расстояние между ногами спортсмена вовремя бега по дистанции.

Финишный бросок (спрут) – метод преодоления расстояния до конца дистанции длиной от 150 до 200 м.

Основная литература:

  • Лях В.И. Физическая культура. 10–11 классы: учеб. для общеобразоват. учреждений; под ред. В. И. Ляха. – 7-е изд. – М. : Просвещение, 2012. – 237 с.

Дополнительная литература:

  • Погадаев Г. И. Физическая культура. Базовый уровень. 10–11 кл.: учебник. – 2-е изд., стереотип. – М. : Дрофа, 2014. – 271, [1] с.

Интернет-ресурсы:

  • Единое окно доступа к информационным ресурсам [Электронный ресурс]. М. 2005 – 2018. URL: http://window.edu.ru/ (дата обращения: 02.07.2018).

Интернет-ресурсы:

  • Единое окно доступа к информационным ресурсам [Электронный ресурс]. М. 2005 – 2018. URL: http://window.edu.ru/ (дата обращения: 01.06.2018).

ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО ИЗУЧЕНИЯ

Бег на средние дистанции – это вид бега на расстояние длиной от 800 метров до 3 километров. Этот бег является одним из видов легкой атлетики, он меньше по длительности, чем бег на длинные дистанции, и меньше по скорости, чем спринт.

Бег на средние дистанции отличают достаточно высокие скорости, грамотно сочетаемые с техникой. Для того чтобы достичь приличных результатов на таких дистанциях, необходимо контролировать весь процесс преодолевания, а также изменять технику бега в условиях повышенного кислородного голодания и усталости организма.

Для повышения эффективности бега на средние дистанции нужно применять разные техники бега на всех этапах бегового отрезка, а также стараться грамотно рассчитывать скорость. На старте необходимо набрать скорость, которая в последующем задаст темп до конца дистанции. Если сразу взять высокий темп, то это может привести к истощению сил раньше времени.

В процессе стартового ускорения необходимо увеличивать частоту и длину шага примерно каждые 70 метров дистанции. Навык быстрого и эффективного стартового разгона приобретается исключительно усиленными тренировками и постоянным совершенствованием физической формы.

Во время бега по дистанции положение тела должно быть таким: корпус необходимо держать ровно, с небольшим наклоном вперед. Руки сгибаются под углом в 90 º и шевелятся в ритм движению. Нога приземляется на переднюю часть стопы и перекатывается на всю её поверхность. Чтобы хорошо оттолкнуться от дорожки, нужно выпрямлять толчковую ногу, совместно совершая мах свободной ногой. Эта техника даёт возможность спортсмену на мгновение расслабиться.

За 150—200 метров до финиша нужно наклонить корпус вперед, увеличить длину и частоту шага и скорость движения рук. Преодоление финишной прямой осуществляется на максимальной скорости, как при беге на спринтерской дистанции.

Бег на средние дистанции требует хорошей выносливости организма, поэтому в ходе тренировок этому уделяется огромное внимание. Лучше всего для тренировки выносливости подходит равномерный метод, но начинающим спортсменам отлично подойдёт и переменный способ занятий, в котором чередуются отрезки быстрого бега и ходьбы

Читайте также:  Тест по истории Крестьянские восстания во Франции и в Англии 6 класс

Более опытным спортсменам поможет развить выносливость кросс по пересечённой местности и непрерывный бег в равномерном темпе в течение определённого времени. Продолжительность занятия зависит от уровня физической подготовленности спортсмена и может достигать полутора часов.

Самое важное – подбирать нагрузку строго индивидуально, учитывая физическое состояние бегуна, постоянно следить за его пульсом и артериальным давлением, менять интенсивность тренировки в зависимости от этих показателей.

Для развития скоростных качеств используется бег по различному рельефу местности, способствующий быстрому включению в работу различных групп мышц ног и их максимальному развитию. Также применяется темповый бег на длинные дистанции, в процессе которого необходимо с каждым километром наращивать скорость движения.

Способствуют развитию скоростных качеств и спортивные игры, требующие специальной выносливости и коротких и длинных рывков на предельной скорости. Выносливость во время прохождения основной дистанции, а также умение совершить скоростной финишный рывок позволят спортсмену добиться высоких результатов в беге на средние дистанции.

Техника бега на средние дистанции подразумевает правильный ритм дыхания. Его нельзя сдерживать на первых шагах, в противном случае можно заработать гипоксию.

Обычно один дыхательный цикл – «вдох-выдох» – делается примерно на 4-6 беговых шагов. Но естественно, что с нарастанием утомления увеличивается и частота дыхания.

А вот и несколько важных правил, которые следует соблюдать, если бежать на средние дистанции:

— при благоприятных условиях (оптимальная температура воздуха, отсутствие пыли и песка) вдох можно производить через нос и рот, а выдох – только через рот;

— если бег осуществляется в холодное время года или же в воздухе содержатся посторонние примеси, вдох следует осуществлять через нос, а выдох должен быть комбинированным: нос и рот;

— правильная техника дыхания включает короткие передышки в фазе отталкивания.

ПРИМЕРЫ И РАЗБОР РЕШЕНИЯ ЗАДАНИЙ ТРЕНИРОВОЧНОГО МОДУЛЯ

1. Определите скорость бегуна в м/c при беге на 1000 м, при условии, что он пробежал эту дистанцию за 7 минут. Введите ответ в метрах в секунду с точностью до сотых.

V = s/t=1000 м / 7мин = 1000 м / (7*60 с) = 2.38 м/сек

2. Под каким углом сгибаются руки во время бега?

  • 90°
  • 30°
  • 45°
  • 60°

Источник

Тест Купера: виды, нормативы, упражнения, видео

Тест Купера — обобщенное название нескольких тестов физической подготовки. Названы в честь Кеннет Х. Купера — доктора и полковника ВВС США, который в 1968 году разработал более 30 тестов для оценки физической подготовки. Первоначально тесты предназначались для армии США, но позже стали применяться военными по всему миру. Позже методика перешла в спорт и медицину, тест Купера долгое время использовался для оценки физподготовки футбольных арбитров, здоровья сердечно-сосудистой системы и определения МПК спортсменов.

Тест Купера — тяжелое испытание для организма, поэтому его можно выполнять только при хорошем самочувствии, без травм и ограничений по здоровью. Не рекомендуется людям старше 35 лет без достаточной физической подготовки.

Разновидности теста Купера

Первым разработанным тестом Купера был беговой тест — простой и доступный каждому вариант проверить свое физическое состояние. По аналогии с беговым тестом, появились плавательный и велосипедный. Они менее точные, потому что зависимы от владения техникой плавания, длины бассейна, характеристик велосипеда.

Беговой тест

Суть теста: пробежать как можно большее расстояние за 12 минут.

Тест можно проводить на любом ровном, сухом покрытии при температура воздуха от 10 до 25°C и влажности не более 75%. Для удобства замера расстояния проводите тест на заранее размеченном круге или на стадионе. Можно проводить тест Купера на беговой дорожке , выставив уклон в 1-2% для имитации уличных условий.

Перед тестом обязательно сделайте разминку и легкую гимнастику. Результат оценивается по пройденному расстоянию:

Беговой тест Купера

Беговой тест Купера для подготовленных спортсменов

МПК по тесту Купера

Беговой тест Купера позволяет рассчитать МПК (максимальное потребление кислорода) — показатель работоспособности и аэробной выносливости организма. О важности этого показателя читайте в статье Максимальное потребление кислорода: зачем нужен МПК или VO2max .

Для определения МПК по беговому тесту Купера воспользуйтесь простой формулой:

  • МПК = (дистанция (м) – 505)/45

Уровень МПК определяется в зависимости от пола и возраста:

Велосипедный тест

Суть теста: проехать на велосипеде как можно большее расстояние за 12 минут.

Тест проводится в безветренную погоду по ровной трассе без выраженного рельефа. Можно использовать велостанок или велотренажер с откалиброванным замером расстояния. Результат оценивается по расстоянию:

Плавательный тест

Суть теста: проплыть как можно большее расстояние за 12 минут.

Тест проводится в бассейне, плавание свободным стилем. Результат оценивается по расстоянию в метрах:

Силовой тест

Суть теста: как можно быстрее выполнить 4 цикла из 4 силовых упражнений по 10 повторений.

Для выполнения теста необходима хотя бы минимальная физподготовка, не выполняйте его «с дивана». Перед тестом проведите разминку и легкую гимнастику. Тест состоит из 4 серий по 4 силовых упражнения, каждое выполняется 10 раз:

  • 10 отжиманий в упоре лежа
  • 10 подносов ног к рукам (похоже на упражнение «лягушка»)
  • 10 складываний на пресс (поднятие ноги и туловища одновременно)
  • 10 выпрыгиваний со сменой ног

Тест оценивает силовую выносливость и общую физическую подготовку. Результат теста определяется по времени выполнения 4 серий упражнений подряд:

  • 3 минуты — превосходная физическая подготовка
  • 3 мин. 30 сек. — хорошая физическая подготовка
  • 4 минуты — нормальная физическая подготовка
  • свыше 4 минут — неудовлетворительно

Источник

Adblock
detector