Mity i Prawda o Szczególnej Teorii Względności

Prezentacja na temat: "Mity i Prawda o Szczególnej Teorii Względności"— Zapis prezentacji:

1 Mity i Prawda o Szczególnej Teorii Względności
Konferencja Przedmiotowo-Metodyczna Mity i Prawda o Szczególnej Teorii Względności Byłoby lepiej, gdybyś zabrał się do uczenia innych dopiero wtedy, gdy sam się czegoś nauczysz Konferencję zorganizowałem w mojej szkole z okazji Światowego Roku Fizyki dla nauczycieli fizyki. Obecni byli doradcy metodyczni i pan profesor Marek Zrałek z Uniwersytetu Śl. Zespół Szkół Technicznych nr 2 Chorzów,

2 Dlaczego 2005 rok został ogłoszony Światowym Rokiem Fizyki?
Setna rocznica Annus Mirabilis 1905 Pięćdziesiąta rocznica śmierci Alberta Einsteina Okazja do popularyzacji fizyki w społeczeństwie

3 1905-Annus Mirabilis 17 marca - praca o kwantowej naturze światła
Wiadomo, że taki a taki pomysł jest nie do zrealizowania. Ale żyje sobie jakiś nieuk, który o tym nie wie. I on właśnie dokonuje tego wynalazku 1905-Annus Mirabilis 17 marca - praca o kwantowej naturze światła 30 kwietnia - rozprawa doktorska o rozmiarach molekuł 11 maja – praca o ruchach Browna 30 czerwca – pierwsza praca o STW 27 września – druga praca o STW (zawierająca wzór E=mc2) W mediach podaje się tylko trzy prace tymczasem było ich pięć (a nawet sześć).

4 Albert Einstein W 2005 roku przypada również 50-ta rocznica śmierci Alberta Einsteina. Przycisk Radio uruchamia oryginalne przemówienie radiowe A. Einsteina Przycisk Film uruchamia oryginalny film z Einsteinem.

5 Światowy Rok Fizyki stworzy możliwość właściwego uczczenia setnej rocznicy tego Cudownego Roku Einsteina poprzez należyte podniesienie wiedzy społeczeństwa o fizyce. Film Milionerzy przedstawia oryginalne nagranie z programu Milionerzy Milionerzy

6 Wstęp Popularyzacja nauki ma chyba swoje granice. Nie może być łatwa i przyjemna. Łatwo można podać jedynie banały. Nowe, istotne koncepcje wymagają wysiłku nie tylko od piszącego, ale także od czytelnika. Jerzy Gluza „Relikt w fizyce- pojęcie masy relatywistycznej” Fizyka w Szkole 1/1994

7 fałszywe przekonanie, pogląd o czymś, wymysł
MIT- fałszywe przekonanie, pogląd o czymś, wymysł Istnieją tylko dwie rzeczy, które nie mają granic: Wszechświat i ludzka głupota. Choć co do tej pierwszej to mam wątpliwości W literaturze popularnonaukowej, prasie a nawet w podręcznikach krąży wiele mitów o STW. Powielane wielokrotnie tworzą fałszywy obraz szczególnej teorii względności. Autorzy tych publikacji, używając nieścisłego języka i powtarzając błędy innych autorów, próbują „zadziwić mieszczan”. Z okazji stulecia powstania STW pojawi się pewnie mnóstwo takich artykułów w prasie i innych mediach, robiąc zamieszanie w głowach odbiorców, którymi często są nasi uczniowie.

8 Lista problemów Czy STW „twierdzi”, że wszystko jest względne?
Czy z postulatów STW wynika, że informacje nie mogą rozchodzić się z szybkością większą od szybkości światła? Czy zdarzenia jednoczesne w jednym układzie są niejednoczesne w innym układzie? Czy zegary poruszające się „chodzą” wolniej? Czy masa ciała zależy od prędkości? Czy zasada zachowania masy nie obowiązuje? Czy masa może przekształcić się w energię? Nie są to wszystkie mity o STW. W dalszej części prezentacji są po kolei omówione poszczególne problemy. W prezentacji nie odpowiadam na pytanie: jaka jest rzeczywistość?, tylko próbuję wyjaśnić: co naprawdę wynika z STW, a co jest mitem.

9 Czy STW „twierdzi”, że wszystko jest względne?
Względność zależność od wyboru inercjalnego układu odniesienia (pojęcia względne np. ruch, prędkość, tor ruchu) Absolutność niezależność od wyboru inercjalnego układu odniesienia (przed powstaniem STW uważano, że czas i długość są absolutne) Albert Einstein był niezadowolony z nazwy Teoria Względności, gdyż przeczuwał, że będzie to źródło nieporozumienia i tak się stało. Większość ludzi sądzi, że Einstein udowodnił, że wszystko jest względne. Nazwa STW powstała od zasady względności Einsteina, która jest jednym z dwóch postulatów STW .

10 Pojęcia absolutne wg STW to m.in.:
Prawa fizyki i prędkość światła (postulaty STW) Interwał czasoprzestrzenny s Czas własny τ Masa m (tzw. spoczynkowa) W mechanice klasycznej zakłada się, że czas i długość są absolutne (przekształcenia Galileusza). Natomiast z postulatów STW wynika, że są to wielkości względne. W miejsce czasu i długości pojawiają się inne pojęcia absolutne.

11 Czy z postulatów STW wynika, że informacje nie mogą rozchodzić się z szybkością większą od szybkości światła? Z samych postulatów STW nie da się wywnioskować, że "Żadnej informacji nie można przesłać z szybkością większą od szybkości światła w próżni." Trzeba ten postulat uzupełnić o zasadę przyczynowości: Zdarzenie P, które jest przyczyną zdarzenia S (S jest skutkiem P), w każdym inercjalnym układzie powinno poprzedzać zdarzenie S. Dopiero koniunkcja tych dwóch postulatów prowadzi do wniosku, że : "Żadnej informacji nie można przesłać z szybkością większą od szybkości światła w próżni. W poprawionych wymaganiach szczegółowych czytamy (PTF 17 września 2003): Uczeń potrafi wykazać, że z faktu niezależności szybkości światła od układu odniesienia wynika, iż informacja nie może być przekazywana z szybkością większą niż c

12 Postulaty STW (Zasada względności Einsteina) Wszystkie prawa fizyki we wszystkich inercjalnych układach odniesienia mają jednakową postać. Szybkość światła (w próżni) względem wszystkich obserwatorów w inercjalnych układach odniesienia ma jednakową wartość c Bardzo ważne jest podkreślenie w postulatach, że względem obserwatorów w układach inercjalnych, gdyż STW odnosi się tylko do układów inercjalnych (dlatego jest szczególna). Z samych postulatów nie wynika jeszcze, że informacji (sygnałów) nie można przesyłać z szybkością większą od szybkości światła. Trzeba je uzupełnić zasadą przyczynowości.

13 Zasada Przyczynowości
Zdarzenie P, będące przyczyną zdarzenia S (skutku P), w każdym układzie odniesienia powinno poprzedzać zdarzenie S. To jest postulat niezależny od STW

14 Postulaty STW + Zasada Przyczynowości ↓ Informacje nie mogą rozchodzić się z szybkością większą od szybkości światła Szkic dowodu: Jak wiemy dwa zdarzenia A i B, jednoczesne w jednym IUO, mogą być niejednoczesne w innym IUO. W szczególności istnieją takie IUO, w których np. A poprzedza B oraz takie IUO, w których B poprzedza A. Odległość przestrzenna L tych zdarzeń jest większa od iloczynu c*t w każdym IUO. Oznacza to, że żaden sygnał poruszający się z szybkością v<c lub v=c nie dotrze z A do B i odwrotnie. Te dwa zdarzenia A i B zgodnie z zasadą przyczynowości nie mogą być dla siebie ani przyczyną ani skutkiem, a będzie to możliwe wtedy i tylko wtedy gdy, żaden sygnał wysłany z A nie dotrze do B i odwrotnie. Stąd wynika, że żadnej informacji nie można przesłać z szybkością większą od szybkości światła w próżni.

15 Czy zdarzenia jednoczesne w jednym układzie są niejednoczesne w innym układzie?
W "Poprawionych wymaganiach egzaminacyjnych" w Standardzie 1 w opisie wymagań nr 8 czytamy: "Zdający potrafi wykazać, że z faktu niezależności szybkości światła od układu odniesienia, wynika iż: ZDARZENIA RÓWNOCZESNE W JEDNYM INERCJALNYM UKŁADZIE ODNIESIENIA NIE SĄ RÓWNOCZESNE W INNYM"

16 Zdarzenia A i B jednoczesne w układzie O są również jednoczesne w układzie O’
v x’ y’ O x y A B

17 Dowód

18 Zdarzenia A i B jednoczesne w układzie O są niejednoczesne układzie O’ (xA xB)
v x’ y’ O x y A B

19 Zdarzenia A i B jednoczesne w układzie O są również jednoczesne układzie O’
v x’ y’ O x y A B

20 Zdarzenia równoczesne w jednym inercjalnym układzie odniesienia nie muszą być równoczesne w innym inercjalnym układzie odniesienia, poruszającym się względem pierwszego

21 Czy zegary poruszające się „chodzą” wolniej
Czy zegary poruszające się „chodzą” wolniej? Czy ruch wpływa na chód zegara? W wielu podręcznikach i publikacjach popularnonaukowych można spotkać takie stwierdzenia, że z STW wynika, iż: a.) „Czas w układzie poruszającym się płynie wolniej” b.) „Zegary znajdujące się, w poruszających się układach inercjalnych chodzą wolniej” c.) „Ruch wpływa na chód zegara” Na poparcie tych stwierdzeń podaje się wzór na tzw. dylatację czasu, (wyprowadzony dla układów inercjalnych z założeń STW) oraz dowody doświadczalne w postaci dwóch dobrze potwierdzonych faktów: 1. W odległości około 20 km od Ziemi wytwarzane są cząstki tzw. piony, których średni czas życia w układzie spoczynkowym jest bardzo krótki. W wyniku rozpadu pionów powstają inne cząstki tzw. miony, których średni czas życia jest też krótki ok. jednej milionowej sekundy. Gdyby piony i miony poruszały się nawet z prędkością światła, to piony przeleciałyby około kilku metrów a miony co najwyżej kilkaset. Tymczasem dolatują do Ziemi- i piony i miony. Wynika stąd, że ich średni czas życia cząstek, w układzie związanym z Ziemią jest dłuższy niż w układzie spoczynkowym. 2. Samolot z zegarem atomowym na pokładzie startuje z Ziemi, następnie okrąża Ziemię i ląduje w tym samym miejscu, z którego wystartował, gdzie czeka na niego zegar -spoczywający względem Ziemi. Porównujemy wskazania tych dwóch zegarów i okazuje się, że poruszający się w samolocie zegar wskazuje krótszy czas lotu niż zegar spoczywający względem Ziemi. Czy zegary poruszające się „chodzą” wolniej od spoczywających? Odpowiedź na to pytanie zależy od tego, jakim ruchem porusza się zegar (układ) względem inercjalnego układu odniesienia. Jeżeli jest to ruch jednostajny prostoliniowy, to jest to nieprawda, a jeżeli jest to ruch zmienny to jest to prawda. Tak, więc z STW wynika, że: Czas we wszystkich inercjalnych układach odniesienia płynie tak samo lub Zegary we wszystkich inercjalnych układach odniesienia chodzą jednakowo natomiast Zegar poruszający się ruchem zmiennym chodzi wolniej od zegarów spoczywających w układach inercjalnych To ostatnie stwierdzenie zostało potwierdzone doświadczalnie. Samolot z zegarem atomowym na pokładzie okrążył Ziemię i wylądował na tym samym lotnisku gdzie czekał na niego zegar spoczywający względem Ziemi. Zegar w samolocie wskazał krótszy czas lotu niż zegar na lotnisku. Wszystkie inercjalne układy odniesienia, na mocy zasady względności, są równoważne. Tak, więc czas musi w nich płynąć tak samo a zegary muszą jednakowo chodzić. Natomiast układy inercjalne i nieinercjalne nie są równoważne, wobec tego czas może płynąć w nich inaczej a zegary mogą chodzić niejednakowo. Odpowiedź na to pytanie zależy od tego jaki ruch mamy na myśli. Jeżeli ruch zmienny, to tak! Jeżeli ruch jednostajny prostoliniowy, to nie!

22 Kto ma rację? Taka interpretacja jest bałamutna.
R.P. Feynman pisze (na str. 236 Wykładów z fizyki t.1 ): „Jeżeli wszystkie poruszające się zegary chodzą wolniej,... musimy również powiedzieć, że w pewnym sensie sam czas też płynie wolniej w pojeździe kosmicznym.” W.A.Ugarow pisze (na str.72 „STW”): „..często mówi się, że poruszający się zegar chodzi wolniej od spoczywającego. Taka interpretacja jest bałamutna. We wszystkich IUO zegary chodzą tak samo” Kiedy odkryłem te dwa sprzeczne sformułowania to zbaraniałem i napisałem o tym list do prof..M. Zrałka, który odpisał mi, że zarówno Feynman i Ugarow mają rację.

23 Jeżeli zarówno Ugarow i Feynman mają rację, to znaczy, że wypowiedź „zegary poruszające się chodzą wolniej” jest niepełna lub występują w niej nazwy wieloznaczne a więc nie jest to zdanie w sensie logicznym Po pierwsze: stwierdzenia podane na początku są nieprawdziwe Po drugie: dane doświadczalne są oczywiście prawdziwe, ale nie są potwierdzeniem prawdziwości tych stwierdzeń Po trzecie: ze wzoru na dylatację czasu nie wynikają podane na początku stwierdzenia Wobec tego postaram się wykazać, że z STW wynika, że: „Czas we wszystkich inercjalnych układach odniesienia płynie tak samo” „Zegary we wszystkich inercjalnych układach odniesienia chodzą jednakowo” natomiast "Zegar poruszający się ruchem zmiennym chodzi wolniej od zegarów w układach inercjalnych."

24 Względność czasu oznacza, że:
pomiar czasu tego samego zjawiska dokonany przez obserwatorów w układach inercjalnych poruszających się względem siebie, może dać różne wyniki Względność czasu nie oznacza, że czas płynie wolniej ani, że zegary chodzą wolniej. Względność czasu nie oznacza, że czas płynie wolniej ani, że zegary chodzą wolniej!

25 Transformacje Lorentza dla czasu
Czas między zdarzeniami A i B zmierzony przez zegary „spoczywające” może być większy, mniejszy a nawet taki sam jak czas zmierzony przez zegary poruszające się. Czasy mogą mieć również różne znaki co oznacza, że w jednym układzie A zachodzi wcześniej niż B, a w drugim odwrotnie. Gdyby poruszające się zegary chodziły wolniej, to czas pomiędzy dwoma dowolnymi zdarzeniami mierzony zegarami poruszającymi się, byłby zawsze krótszy od czasu zmierzonego przez spoczywające zegary. Tymczasem można udowodnić, że dla dowolnej pary zdarzeń, które nie zaszły w tym samym miejscu, istnieje poruszający się układ inercjalny, w którym zmierzony czas jest taki sam jak w układzie spoczywającym a nawet większy! (np. w każdej chwili istnieją dwa zegary w O i O’, które mijając się pokazują dokładnie ten sam czas).

26 Dylatacja czasu jako przykład względności czasu
tA’-tB’ czas własny mierzony przez jeden zegar (Zdarzenia A i B zaszły w tym samym miejscu) tA- tB czas mierzony przez dwa zegary (Zdarzenia A i B zaszły w różnych miejscach) Wzór na dylatację czasu otrzymujemy z transformacji Lorentza przy następujących założeniach: -indeksy A i B oznaczają dwa zdarzenia, które w układzie poruszającym się zaszły w tym samym miejscu, a w układzie spoczynkowym zaszły w dwóch różnych miejscach. -zegary spoczywają w układach inercjalnych poruszających się względem siebie (oczywiście ze stałą szybkością u po linii prostej) Przyjrzyjmy się wzorowi na dylatację czasu: tA i tB to są dwa czasy na dwóch, zsynchronizowanych ze sobą, spoczywających zegarach. Natomiast t’1 i t’2 to są czasy wskazywane przez ten sam poruszający się jednostajnie i prostoliniowo zegar. A więc różnica (t2-t1) nie jest czasem własnym zegarów spoczywających, natomiast (t’2-t’1) jest czasem własnym zegara poruszającego się. Aby stwierdzić, że zegar poruszający się chodzi wolniej od spoczywającego potrzebne jest porównanie ich czasów własnych, czyli dwa pomiary podczas mijania. Nie jest to możliwe doświadczalnie, ponieważ te dwa zegary poruszają się względem siebie ze stałą szybkością po linii prostej i mijają się tylko jeden raz! Rakieta

27 Podsumowanie Ruch jednostajny prostoliniowy nie może wpływać na „chód” zegara- wynika to z zasady względności. Gdyby poruszające się zegary chodziły wolniej, to czas pomiędzy dwoma dowolnymi zdarzeniami mierzony zegarami poruszającymi się, byłby zawsze krótszy od czasu zmierzonego przez spoczywające zegary, a tak nie jest Czas własny jest niezmiennikiem oznacza to, że dwa identyczne zegary w dwóch różnych układach inercjalnych mierzą jednakowe odstępy czasu własnego, czyli np. odstępy sekundowe na tych zegarach są równe. Jak wiemy, czas własny jest niezmiennikiem transformacji Lorentza, oznacza to, że dwa identyczne zegary w dwóch różnych układach inercjalnych zmierzą jednakowe odstępy czasu własnego czyli np. odstępy sekundowe na tych zegarach są równe. Oznacza to, że czas płynie jednakowo w obu układach.

28 Jak uczyć o względności czasu?
1.Nie powinniśmy używać stwierdzeń typu: „zegar poruszający się chodzi wolniej” gdyż są bałamutne i mylące. We wszystkich IUO zegary chodzą tak samo! 2.Powinniśmy uczniom powiedzieć, że z STW wynika, że czas jest wielkością względną, ale nie oznacza to, że zegary chodzą inaczej w różnych inercjalnych układach odniesienia. 3.Dylatacja czasu jest przykładem względności czasu potwierdzonym doświadczalnie (doświadczenia z mionami), ale nie oznacza to, że zegary chodzą wolniej (czas płynie wolniej) w układzie poruszającym się. 4.Omawiając doświadczenie z zegarem w samolocie okrążającym Ziemię, zwracamy uczniom uwagę, że samolot nie jest układem inercjalnym i w związku z tym zegar w samolocie chodzi wolniej od zegara na Ziemi. Jest to potwierdzenie „paradoksu bliźniąt”, a nie dylatacji czasu! Cytat z listu p. dr Jadwigi Salach „... nas to też denerwuje, gdy słyszymy, że „w układzie poruszającym się czas płynie wolniej” i inne podobne slogany, które nic nie znaczą, a jeszcze mogą być źródłem poważnych nieporozumień.”

29 Czy masa ciała zależy od prędkości?
Znaczenia nazwy „masa”: masa w znaczeniu „ciało o masie” masa jako miara ilości materii masa tzw. bezwładna masa tzw. grawitacyjna masa tzw. spoczynkowa masa tzw. relatywistyczna Kilka uwag na temat terminu "masa" 1.Nazwa "masa" nie jest nazwą pojęcia pierwotnego, dlatego, jeżeli jej używamy, to należy ją zdefiniować 2."Masa" jest nazwą wielkości fizycznej a tą, jak wiemy, można zdefiniować na dwa sposoby: -definicja operacyjna, określająca sposób pomiaru i wzorzec -definicja za pomocą wzoru, czyli równania definicyjnego W różnych podręcznikach i publikacjach nazwie „masa” przypisuje się różne znaczenia. Ta wieloznaczność jest przyczyną nieporozumień i błędów znanych logice pod nazwą „ekwiwokacja”, kiedy to w jednej wypowiedzi (publikacji) używa się tej samej nazwy w kilku różnych znaczeniach. Dopóki z kontekstu jasno wynika, które znaczenie danej nazwy jest użyte, to nie ma problemu. Jednak bardzo często pojawiają się sformułowania, z których trudno (zwłaszcza uczniom) rozeznać się, co ma na myśli autor.

30 Masa w znaczeniu „ciało o masie” czyli wygodny skrót
„Masami m1 i m2 mogą być też ciała...” „... tor masy poruszającej się” (matura próbna zad. 17) „...a pendulum whose mass swings” (z „E=mc2”) „...ein Pendel, dessen Masse zwischen den Pukten...schwingt” z rękopisu„E=mc2”

31 Masa jako miara ilości materii
Masa jest ilością materii w ciele R. Penrose podaje w swojej książce "Nowy umysł cesarza" s.247, że to sam Newton zaproponował: "Miarą ilości materii zawartej w pewnym ciele lub układzie fizycznym jest jego masa" sir Isaac Newton

32 Masa bezwładna czyli masa w mechanice klasycznej
Mechanika klasyczna: masa jest stałą wielkością skalarną charakteryzującą ciało pod względem bezwładności W fizyce Newtona najczęściej definiuje się masę operacyjnie w następujący sposób -podajemy słynny wzorzec masy 1kg -podajemy sposób pomiaru np. działamy tą samą siłą na wzorzec i ciało a następnie mierzymy przyśpieszenia uzyskane pod wpływem tej siły. Stosunek masy ciała do masy wzorca jest równy odwrotnemu stosunkowi przyśpieszeń. Tak zdefiniowana wielkość fizyczna ma w fizyce Newtona bardzo ważne znaczenie. - jest stała, na mocy drugiej zasady dynamiki, niezależnie od energii spoczynkowej , stanu ruchu ciała i siły pola grawitacyjnego - jest addytywna, czyli jest miarą ilości materii - jest miarą zdolności do oddziaływań grawitacyjnych, czyli jest równa masie grawitacyjnej STW: masa bezwładna jest wielkością tensorową, gdyż przyśpieszenie i siła (w ogólności) nie mają tego samego kierunku. Wartość masy bezwładnej zależy od kierunku siły względem kierunku prędkości i od wartości prędkości!!!

33 Najszczęśliwsza myśl mojego życia:
Masa grawitacyjna Najszczęśliwsza myśl mojego życia: Dla obserwatora spadającego swobodnie z dachu pole grawitacyjne nie istnieje Q-ciężar ciała Qwz- ciężar wzorca

34 Masa spoczynkowa czyli masa w fizyce współczesnej
W teoriach względności masa jest zdefiniowana poprzez wzór definicyjny: m= (długość czterowektora energii-pędu)/c^2 w każdym razie do wyznaczenia masy obiektu są dwa sposoby - z definicji, należy zmierzyć energię i pęd cząstki i podstawić do wzoru, tak się robi w fizyce cząstek elementarnych - dla ciała w stanie spoczynku, przy nieobecności pola grawitacyjnego, albo w słabym polu można posłużyć metodą, którą wcześniej podałem dla masy Newtona Tak zdefiniowana wielkość fizyczna ma następujące własności: - w każdym inercjalnym układzie odniesienia (wyznaczona za pomocą pierwszego sposobu) ma tą samą wartość pod warunkiem, że energia spoczynkowa obiektu się nie zmienia- jest to możliwe tylko dla cząstek elementarnych (dlatego służy do identyfikacji cząstek) - nie jest addytywna, czyli nie może być miara ilości materii (a wiec masą w sensie Newtona) - nie można stosować drugiego sposobu pomiaru, gdy ciało się porusza lub gdy jest silne pole Specjalnie wymieniłem te własności, z których od razu widać nierównoważność tych pojęć. Masa spoczynkowa jest uogólnieniem masy Newtona, która jest jej "przypadkiem granicznym" dla słabych pól grawitacyjnych, energii i szybkości. W ogólności nie są to pojęcia równoważne, dlatego należy je rozróżniać poprzez nazwę lub w inny sposób. Roger Penrose „Umysł cesarza” str "Warto by tu określić nasze stanowisko.Wielkość zachowywana, która przejęła ROLĘ MASY CAŁEGO UKŁADU, TO JEGO CZTEROWEKTOR ENERGII-PĘDU....KTOŚ MÓGŁBY SĄDZIC, ŻE WŁAŚNIE MASA SPOCZYNKOWA JEST DOBRĄ MIARĄ "ILOŚCI MATERII". JEDNAK MASA SPOCZYNKOWA NIE JEST ADDYTYWNA...". Masa nie zależy od prędkości!!!

35 Masa relatywistyczna czyli relikt w fizyce
Masa relatywistyczna, owszem zmienia się z prędkością ciała, niejako z definicji, ale nie jest równoważna masie, której uczymy w mechanice klasycznej czyli masie Newtona. W związku z tym jej sens fizyczny jest inny, dlatego nie możemy utożsamiać masy relatywistycznej z masą w sensie Newtona. Użycie słowa "masa" w nazwie "masa relatywistyczna" ma swoje uzasadnienie, ale może prowadzić (i prowadzi) do wielu nieporozumień i sporów, które mają podłoże językowe a nie fizyczne. Ponieważ znaczenie masy relatywistycznej w fizyce współczesnej jest niewielkie, to nie ma celu wprowadzania jej w podręcznikach szkolnych. W niektórych podręcznikach autorzy wręcz próbują zadziwić uczniów: „jeżeli rośnie prędkość rakiety, to rośnie masa kosmonauty i rakiety i dlatego nie można jej rozpędzić do prędkości światła, bo masa staje się nieskończona". Jest to błąd logiczny: nie można utożsamiać masy relatywistycznej z masą Newtona. Jeżeli chodzi o dydaktykę to uważam, że nazwę "masa" powinno się używać tylko w znaczeniu "masa Newtona" natomiast dla uniknięcia nieporozumień powinno się używać nazwy "masa spoczynkowa" "masa relatywistyczna" przy czym masy relatywistycznej nie wprowadzać w kursie podstawowym. Masa relatywistyczna zależy od prędkości !!!

36 Czy zasada zachowania masy nie obowiązuje?
W zeszłym roku szkolnym spotkała mnie śmieszna sytuacja. Uczennice jednej z klas liceum na chemii uczyły się zasady zachowania masy a jednocześnie u mnie na fizyce uczyłem zgodnie z podręcznikiem, że : Masa nie jest więc wielkością fizyczną, dla której obowiązuje prawo zachowania. Uczennice się zbuntowały, a ja miałem problem, jak im tą sprzeczność wyjaśnić. Przeczytałem odpowiednie fragmenty kilku książek m.in. książkę polecaną przez ZamKor, czyli "STW" Ugarowa i zbaraniałem zupełnie.

37 ZASADA ZACHOWANIA MASY
Masa układu zamkniętego jest stała Masa układu- to pojęcie w fizyce przedrelatywistycznej było jednoznaczne, gdyż masę uważano za wielkość addytywną. W fizyce relatywistycznej musimy zdecydować, którą definicję z dwóch możliwych wybierzemy. 1.) Masa układu = suma mas poszczególnych składników układu 2.) Masa układu= (długość czterowektora energii-pędu całego układu)/c^2 Jak wiemy obie definicje w STW nie są równoważne. Pierwszej definicji nie możemy wybrać ponieważ jest ona niejednoznaczna w STW- wartość masy układu zależy od tego co rozumiemy przez składniki układu. A więc musimy wybrać druga definicję- gdyż to jest ogólna definicja masy w STW. Uwaga! W STW masy układu nie można obliczać jako sumę mas składników układu, bo masa nie jest addytywna

38 Energia i pęd układu zamkniętego nie zmienia się
a więc nie zmienia się również jego masa!

39 Masa układu zamkniętego jest
Czyli z zasady zachowania energii i z zasady zachowania pędu wynika, że: Masa układu zamkniętego jest wielkością zachowaną Natomiast sformułowanie zasady zachowania masy w postaci: Suma mas składników układu zamkniętego nie zmienia się Oczywiście w STW to stwierdzenie nie jest prawdziwe i jest niejednoznaczne, bo suma ta zależy od tego co uznajemy za składniki układu. „W zamkniętym układzie zachowują się i energia i pęd....Jego masa Mc2=(E/c2)-P2 zachowuje się. Oczywiście prawo zachowania masy układu zamkniętego nie oznacza addytywności mas w układzie.” W. A. Ugarow „STW”

40 Czy masa może przekształcić się w energię?
Fragment rękopisu Alberta Einsteina

41 Energia E jest wielkością fizyczną określoną przez stanu układu, spełniającą zasadę zachowania. Zgodnie z tą zasadą przekształcić się w energię może tylko inny rodzaj energii np.: energia potencjalna w kinetyczną energia mechaniczna w cieplną energia elektryczna w mechaniczną itd..

42 Równoważność masy i energii
Energia spoczynkowa ciała (układu) jest wprost proporcjonalna do jego masy! „...mówienie o zamianie masy na energię, jak się to niekiedy czyni, nie ma po prostu sensu.” W.A. Ugarow „STW”

43 U–energia potencjalna oddziaływań wewnętrznych
Energia spoczynkowa E0 energia ciała (układu) w stanie spoczynku lub w układzie, w którym pęd całkowity układu jest równy zero. Jest sumą wszystkich rodzajów energii wszystkich składników układu. T- energia kinetyczna składników U–energia potencjalna oddziaływań wewnętrznych Dla pojedynczej cząstki elementarnej np.. elektron energia spoczynkowa jest równa E0= mc2 Ponieważ nie ma wewnętrznej struktury, to energia kinetyczna składników i energia potencjalna jest równa zero. Energia spoczynkowa cząstki elementarnej jest stała i równa energii potrzebnej aby cząstka powstała (kreacja) lub energii jaka się wydziela w czasie anihilacji (unicestwienia) cząstki. Ponieważ energia spoczynkowa cząstki jest stała to również masa cząstki jest niezmienna i charakterystyczna dla danej cząstki (identyfikuje cząstki).

44 Albert Einstein odkrył nową formę energii: ENERGIĘ SPOCZYNKOWĄ
„Każde ciało ma pewną energię już przez to, że istnieje.…Wzór na energię masy pierwszy znalazł Einstein.” R.Feynman „Wykłady z fizyki” Zatem „przekształcenie masy w energię” to poprawnie: Przekształcenie energii spoczynkowej w inne formy energii

45 Zakończenie I Jeśli ktoś nie dba zbytnio o prawdę w sprawach drobnych, nie można mu ufać w sprawach istotnych

46 Zakończenie II Naukowiec jest niczym mimoza, gdy sam popełni błąd, i niczym ryczący lew, gdy odkryje błąd zrobiony przez kogoś innego

47 w Zespole Szkół Technicznych nr 2
O autorze Aleksander Nowik jest nauczycielem fizyki i przedmiotów informatycznych w Zespole Szkół Technicznych nr 2 w Chorzowie. Jest również muzykiem Telefoniada 1998 TVP Katowice