RELATIVISTIČKA DINAMIKA

Zakoni klasične dinamike ne mogu objasniti kretanje tijela relativno velikim brzinama. Zbog toga je nastala relativistička dinamika. Da bi zakoni u relativističkoj dinamici imali isti oblik kao u klasičnoj dinamici, neophodno je veličine: impuls, masu, energiju, silu .... definisati u relativističkoj dinamici na sledeći način.

Relativistički impuls

Impuls tjela u relativističkoj dinamici je, takođe, vektorska veličina, ali definiše se sledećom formulom,

P=mv/(1-v2/c2)1/2

Prethodna formula može se napisati u obliku,

P=m(v)v

I analogna je formuli za impuls u klasičnoj dinamici

Relativistička masa

Na osnovu prethodnih relacija relativistička masa se definiše formulom,

m(v)=m/(1-v2/c2)1/2

gdje je m masa tijela u stanju mirovanja. Relativistička masa ima sledeće osobine.
Masa tijela u stanju mirovanja ne zavisi od brzine kretanja tijela, odnosno ne zavisi od inerzijalnog sistema. Masa tijela u stanju mirovanja je invarijanta u odnosu na inercijalne sisteme. Povećanjem brzine tijela povećava se i njegova masa.
Poznato je da je masa tijela mjera za njegovu inerciju, pa povećanjem mase tijela treba shvatiti u smislu povećanja njegove inercije. Pri većim brzinama tijela veća je njegova inertna masa, pa tijelo pruža veći otpor promjeni brzine. Ako na tijelodjeluje sila stalnog inteziteta, onda će tijelo dobiti manje ubrzanje pri relativno velikim brzinama, odnosno veće ubrzanje pri relativno manjim brzinama.
Na osnovu formule za relativističku masu slijedi da bi tijelo, koje bi se kretalo brzinom svjetlosti, omalo beskonačno veliku masu, što nema fizičkog smisla. To znači da nijedno tijelo ne može dostići brzinu svjetlosti. Brzinom svjetlosti mogu se kretati elektromagnetni talasi i neke elementarne čestice (fotoni, neutroni,.....).

Zaključak: u klasičnoj dinamici masa tijela je konstantna i ne zavisi od nrzine kretanja tijela. U relativističkoj dinamici konstantna je samo masa tijela u stanju mirovanja.

Relativistička energija

Ukupna relativistička energija definiše se formulom,

E=mc2/(1-v2/c2)1/2

Koja se još može napisati u obliku,

E0=m(v)c2

Prethodna formula je čuvena Einstein-ova relacija o ekvivalentnosti mase i energije, iz koje se dobije formula za energiju stanja mirovanja,

E0=mc2

Pošto su masa stanja mirovanja i brzina svjetlosti konstantne veličine, slijedi da je i energija stanja mirovanja konstantna veličina.
Ako na tijelo u stanju mirovanja otpočne da djeluje sila, onda će tijelo povećati brzinu kretanja i njegova ukupna energija postajaće veća. Razlika ukupne energije tijela E, pri nekoj brzini, i energije stanja mirovanja E0, određuje energiju stanja kretanja, odnosno relativističku kinetičku energiju tijela,

T=E-E0.

Prema tome, relativistička energija tijela izračunava se po formuli,

T= mc2/(1-v2/c2)1/2- mc2

 

Relativistička sila

U relativističkoj dinamici uvodi se dopunski postulat

Δp/Δt=F

Gdje je p=m(v)v relativistički impuls.
Primjer: Neka se čestica kreće pod dejstvom konstantne sile. U ovom slučaju promjena impulsa čestice je u pravcu djelovanja sile, pa se jednačina za silu može napisati u skalarnom obliku,

F= Δp/Δt

Ako je u početnom trenutku impuls čestice jednak nuli, onda je Δp=p-0 i Δt=t-0 pa je,

P=Ft.

Iz relacije za relativistički impuls slijedi,

V=f0t/(1+(f0/c)2t2)1/2

Gdje je f0=F/m. Iz relativističkog zakona sile slijedi da je brzina tijela složena funkcije vremena. U inercijalnim sistemima relativistički zakon sile važi u opštem slučaju, a drugi Newton-ov zakon klasične dnamike važi samo pri relativno malim brzinama.

Povratak