Masa relativista de partículas

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Última modificación: 2023-12-17 05:23

En 1905, Albert Einstein publicó su teoría de la relatividad, que cambió un poco la comprensión de la ciencia sobre el mundo que nos rodea. Con base en sus suposiciones, se obtuvo la fórmula de la masa relativista.

Relatividad Especial

El punto es que en los sistemas que se mueven entre sí, cualquier proceso procede de manera un tanto diferente. En concreto, esto se expresa, por ejemplo, en un aumento de masa con un aumento de velocidad. Si la velocidad del sistema es mucho menor que la velocidad de la luz (υ << c=3 10⁸), entonces estos cambios prácticamente no se notarán, ya que tenderán a cero. Sin embargo, si la velocidad del movimiento es cercana a la velocidad de la luz (por ejemplo, igual a una décima parte), entonces cambiarán indicadores como la masa corporal, su duración y el tiempo de cualquier proceso. Usando las siguientes fórmulas, es posible calcular estos valores en un marco de referencia móvil, incluida la masa de una partícula relativista.

Aquí l₀, m₀ y t₀ - longitud del cuerpo, su masa y el tiempo de proceso en un sistema estacionario, y υ es la velocidad del objeto.

Según la teoría de Einstein, ningún cuerpo puede acelerar más rápido que la velocidad de la luz.

Masa en reposo

La cuestión de la masa en reposo de una partícula relativista surge precisamente en la teoría de la relatividad, cuando la masa de un cuerpo o partícula comienza a cambiar dependiendo de la velocidad. En consecuencia, la masa en reposo es la masa del cuerpo que en el momento de la medición está en reposo (en ausencia de movimiento), es decir, su velocidad es cero.

La masa relativista de un cuerpo es uno de los principales parámetros para describir el movimiento.

Principio de conformidad

Después del advenimiento de la teoría de la relatividad de Einstein, se requirió cierta revisión de la mecánica newtoniana utilizada durante varios siglos, que ya no podía usarse cuando se consideraban sistemas de referencia que se movían a una velocidad comparable a la velocidad de la luz. Por lo tanto, fue necesario cambiar todas las ecuaciones de la dinámica utilizando transformaciones de Lorentz: un cambio en las coordenadas de un cuerpo o punto y el tiempo del proceso durante la transición entre marcos de referencia inerciales. La descripción de estas transformaciones se basa en el hecho de que en cada marco de referencia inercial todas las leyes físicas funcionan por igual y por igual. Por lo tanto, las leyes de la naturaleza no dependen de ninguna manera de la elección del marco de referencia.

A partir de las transformaciones de Lorentz, se expresa el coeficiente principal de la mecánica relativista, que se describe anteriormente y se denomina letra α.

El principio de correspondencia en sí mismo es bastante simple: dice que cualquier nueva teoría en algún caso particular dará los mismos resultados queanterior. Específicamente, en la mecánica relativista, esto se refleja en el hecho de que a velocidades que son mucho menores que la velocidad de la luz, se utilizan las leyes de la mecánica clásica.

Partícula relativista

Una partícula relativista es una partícula que se mueve a una velocidad comparable a la velocidad de la luz. Su movimiento está descrito por la teoría especial de la relatividad. Incluso hay un grupo de partículas cuya existencia sólo es posible cuando se mueven a la velocidad de la luz - estas se llaman partículas sin masa o simplemente sin masa, ya que en reposo su masa es cero, por lo tanto son partículas únicas que no tienen opción análoga en no -mecánica clásica, relativista.

Es decir, la masa en reposo de una partícula relativista puede ser cero.

Una partícula puede llamarse relativista si su energía cinética se puede comparar con la energía expresada por la siguiente fórmula.

Esta fórmula determina la condición de velocidad requerida.

La energía de una partícula también puede ser mayor que su energía en reposo; esto se denomina ultrarrelativista.

Para describir el movimiento de tales partículas, se usa la mecánica cuántica en el caso general y la teoría cuántica de campos para una descripción más extensa.

Apariencia

Partículas similares (tanto relativistas como ultrarrelativistas) en su forma natural existen sólo en la radiación cósmica, es decir, radiación cuya fuente está fuera de la Tierra, de naturaleza electromagnética. Son creados artificialmente por el hombre.en aceleradores especiales: con la ayuda de ellos, se encontraron varias docenas de tipos de partículas, y esta lista se actualiza constantemente. Tal instalación es, por ejemplo, el Gran Colisionador de Hadrones ubicado en Suiza.

Los electrones que aparecen durante la desintegración β a veces también pueden alcanzar una velocidad suficiente para clasificarlos como relativistas. La masa relativista de un electrón también se puede encontrar utilizando las fórmulas indicadas.

El concepto de masa

La masa en la mecánica newtoniana tiene varias propiedades obligatorias:

La atracción gravitacional de los cuerpos surge de su masa, es decir, depende directamente de ella.
La masa del cuerpo no depende de la elección del sistema de referencia y no cambia cuando cambia.
La inercia de un cuerpo se mide por su masa.
Si el cuerpo está en un sistema en el que no ocurren procesos y que es cerrado, entonces su masa prácticamente no cambiará (excepto por la transferencia de difusión, que es muy lenta para los sólidos).
La masa de un cuerpo compuesto está formada por las masas de sus partes individuales.

Principios de la relatividad

Principio galileano de la relatividad

Este principio fue formulado para la mecánica no relativista y se expresa de la siguiente manera: independientemente de si los sistemas están en reposo o si realizan algún movimiento, todos los procesos en ellos proceden de la misma manera.

Principio de relatividad de Einstein

Este principio se basa en dos postulados:

Principio de relatividad de Galileotambién se utiliza en este caso. Es decir, en cualquier CO, absolutamente todas las leyes de la naturaleza funcionan de la misma manera.
La velocidad de la luz es absolutamente siempre y en todos los sistemas de referencia la misma, independientemente de la velocidad de la fuente de luz y la pantalla (receptor de luz). Para probar este hecho, se llevaron a cabo una serie de experimentos que confirmaron completamente la suposición inicial.

Masa en mecánica relativista y newtoniana

A diferencia de la mecánica newtoniana, en la teoría relativista, la masa no puede ser una medida de la cantidad de material. Sí, y la propia masa relativista se define de alguna manera más extensa, lo que permite explicar, por ejemplo, la existencia de partículas sin masa. En la mecánica relativista se presta especial atención a la energía más que a la masa, es decir, el factor principal que determina cualquier cuerpo o partícula elemental es su energía o cantidad de movimiento. El impulso se puede encontrar utilizando la siguiente fórmula

Sin embargo, la masa en reposo de una partícula es una característica muy importante: su valor es un número muy pequeño e inestable, por lo que las mediciones se realizan con la máxima velocidad y precisión. La energía en reposo de una partícula se puede encontrar usando la siguiente fórmula

Al igual que las teorías de Newton, en un sistema aislado, la masa de un cuerpo es constante, es decir, no cambia con el tiempo. Tampoco cambia al pasar de un CO a otro.
No hay absolutamente ninguna medida de inerciacuerpo en movimiento.
La masa relativista de un cuerpo en movimiento no está determinada por la influencia de las fuerzas gravitatorias sobre él.
Si la masa de un cuerpo es cero, entonces debe moverse a la velocidad de la luz. Lo contrario no es cierto: no solo las partículas sin masa pueden alcanzar la velocidad de la luz.
La energía total de una partícula relativista es posible usando la siguiente expresión:

masa en reposo de una partícula relativista

Naturaleza de la masa

Hasta algún tiempo en la ciencia se creía que la masa de cualquier partícula se debe a la naturaleza electromagnética, pero ahora se sabe que de esta manera es posible explicar solo una pequeña parte: la principal la contribución está hecha por la naturaleza de las interacciones fuertes que surgen de los gluones. Sin embargo, este método no puede explicar la masa de una docena de partículas, cuya naturaleza aún no ha sido dilucidada.

Aumento de masa relativista

El resultado de todos los teoremas y leyes descritos anteriormente se puede expresar en un proceso bastante comprensible, aunque sorprendente. Si un cuerpo se mueve en relación con otro a cualquier velocidad, entonces sus parámetros y los parámetros de los cuerpos internos, si el cuerpo original es un sistema, cambian. Por supuesto, a bajas velocidades, esto prácticamente no se notará, pero este efecto seguirá estando presente.

Uno puede dar un ejemplo simple: otro se queda sin tiempo en un tren que se mueve a una velocidad de 60 km/h. Luego, de acuerdo con la siguiente fórmula, se calcula el coeficiente de cambio de parámetro.