Вращательное движение твердого тела Твердое тело - это система материальных точек, расстояние между которыми остается неизменным при взаимодействии системы с другими телами. Движение твердого тела бывает поступательным и вращательным. Всякое движение твердого тела можно представить как сумму движения названных двух типов. Покажем это для случая плоского движения, т. е. такого, при котором все точки тела перемещаются в параллельных плоскостях. В качестве примера плоского движения возьмем качение цилиндра по плоскостиВ какой бы системе отсчета не рассматривалось движение частицы, промежуток собственного времени измеряется по часам системы, в которой частица покоится. Отсюда следует, что промежуток собственного времени
является инвариантом, т.е. величиной, имеющей одно и тоже значение во всех инерциальных системах отсчета. С точки зрения наблюдателя, находящегося в системе
, можно сказать, что движущиеся часы идут медленнее, чем покоящиеся.
В качестве примера можно рассмотреть имеющиеся в ставе космического излучения мюоны, которые рождаются на высоте 20 — 30 км над поверхностью Земли. Они распадаются на электрон (или позитрон) и два нейтрино. Собственное время жизни мюонов (т.е. время жизни, измеренное в системе, относительно которой они неподвижны), составляет в среднем
. Казалось бы, что двигаясь даже со скоростью, мало отличающейся от скорости света
, за это время они могут пройти лишь путь, примерно равный
. Однако, как показывает эксперимент, мюоны успевают в значительном количестве достигнуть поверхности Земли (т.е. пройденный ими путь равен
). Это объясняется тем, что мюоны движутся со скоростями, близкими к скорости света. Поэтому их время жизни
, отсчитанное относительно Земли, много больше собственного времени жизни
этих частиц (
и, следовательно,
).
Интервал
В «обычном» (евклидовом) пространстве расстояние
между 2-мя точками с координатами
и
равно:
, (12.56)
где
,
,
. Это расстояние не зависит от выбора системы координат (системы отсчета), т.е. является инвариантом. Казалось бы, что расстояние между 2-мя мировыми точками в 4-х мерном пространстве-времени можно определить по следующей формуле:
, (12.57)
где
. Однако, это выражение не является инвариантом и меняется при переходе от одной системы отсчета к другой.
Рассмотрим выражение
. (12.58)
Перепишем его с учетом переобозначений:
. (12.59)
где
- расстояние между точками евклидового пространства, в котором произошли данные события. Допустим, что события происходят с одной и той же частицей. Тогда
, (12.60)
где
- скорость частицы. Перепишем выражение для
:
. (12.61)
Далее
, (12.62)
т.е.
. (12.63)
Так, как
, а
является инвариантом, то
- тоже инвариант.
Следовательно, величина
(12.64)
не изменяется при переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой и является инвариантом. Величину
рассматривают в качестве расстояния между 2-мя мировыми точками в 4-х мерном пространстве-времени и называют интервалом. Пространство, в котором расстояния между 2-мя точками определяется выражением типа
, называется псевдоевклидовым.