Релятивистская механика Механика Ньютона, или, как говорят, классическая механика, основана на принципе относительности Галилея, согласно которому все законы механики одинаковы во всех инерциальных системах отсчета. Математически принцип относительности в классической механике выражается с помощью преобразования Галилея - закона сложения скоростей при переходах от одной инерциальной системы отсчета к другой.Функции, дифференциалы которых равны друг другу, могут отличаться только на постоянную величину. Следовательно:
. (12.94)
Кинетическая энергия частицы должна обращаться в нуль вместе со скоростью частицы
. Отсюда следует, что
. Окончательно, релятивистская кинетическая энергия равна:
. (12.95)
Разложим выражение для
в ряд по степеням
:
(12.96)
При
остальными членами ряда можно пренебречь. В результате получим ньютоновское выражение для кинетической энергии:
. (12.97)
Законы сохранения должны быть инвариантны по отношению к преобразованиям Лоренца. Эксперименты в физике элементарных частиц показывают, что закон сохранения энергии оказывается инвариантным, только если свободной (т.е. не подверженной действию сил) частице приписывать кроме кинетической энергии дополнительную энергию, равную
. Следовательно, свободная частица обладает энергией:
. (12.98)
Тогда неподвижная частица (
) обладает энергией:
, которую называют энергией покоя. Энергия покоя представляет собой внутреннюю энергию частицы. Энергия покоя сложного тела включает в себя: энергии покоя образующих тело частиц; кинетическую энергию части (обусловленную их движением относительно центра масс тела, которое составляют данные частицы); энергию взаимодействия частиц друг с другом. В энергию покоя не входит потенциальная энергия тела во внешних силовых полях. В релятивистской механике под полной энергией подразумевается сумма кинетической энергии и энергии покоя. Т.е. полная энергия равна:
. (12.99)