Thuyết tương đối einstein và bài tập tương đối tính.

Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Phạm Ngọc Chẩn

GVHD: ThS.Trương Thành

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

KHOA VẬT LÝ

----------------

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

NGÀNH SƯ PHẠM VẬT LÝ

Đề tài:

THUYẾT TƯƠNG ĐỐI EINSTEIN VÀ BÀI TẬP TƯƠNG ĐỐI TÍNH

Người hướng dẫn:

ThS. Trương Thành

Người thực hiện:

Phạm Ngọc Chẩn

Đà Nẵng, tháng 5/2013

Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Phạm Ngọc Chẩn

GVHD: ThS.Trương Thành

Kính thưa các thầy cô giáo là giảng viên giảng dạy bộ môn vật

lý -Trường đại học sư phạm Đà Nẵng . Trải qua 4 năm học, em xin

chân thành cảm ơn tới các thầy các cô đã giảng dạy em và tập thể sinh

viên lớp 09SVL.

Để hoàn thành luận văn này em xin chân thành cảm ơn và bày

tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy Trương Thành - Người đã hết lòng

giúp đỡ, chỉ bảo em tận tình để em hoàn thành khóa luận tốt nghiệp

này.

Em xin cảm ơn ông bà, cha mẹ luôn luôn chăm sóc và nuôi

dưỡng em đến ngày hôm nay.

Xin chân thành cảm ơn bạn bè đã ủng hộ và giúp đỡ em trong

những thời gian vừa qua.

Mặc dù em đã cố gắng hoàn thành khóa luận nhưng chắc chắn

cũng không thể tránh khỏi những thiếu sót. Em kính mong nhận được

sự thông cảm và tận tình chỉ bảo của quý thầy cô và các bạn.

Đà Nẵng, tháng 5 năm 2013

Sinh viên thực hiện

Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Phạm Ngọc Chẩn

GVHD: ThS.Trương Thành

Phạm Ngọc Chẩn

MỤC LỤC

A. MỞ ĐẦU....................................................................................................................1

1. Lí do chọn đề tài...............................................................................................1

2. Mục đích của đề tài ..........................................................................................1

3. Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu .................................................1

4. Nhiệm vụ nghiên cứu .......................................................................................1

5. Phương pháp nghiên cứu................................................................................. 2

6. Những đóng góp của đề tài...............................................................................2

7. Cấu trúc và nội dung của khóa luận .................................................................2

B. NỘI DUNG ................................................................................................................3

CHƯƠNG I: THUYẾT TƯƠNG ĐỐI HẸP ...............................................................3

1.1 Sơ lược về cuộc đời Einstein........................................................................3

1.2 Thuyết tương đối hẹp của Einstein.............................................................7

1.2.1 Khái quát về thuyết tương đối hẹp ..............................................................7

1.2.2 Cơ sở thực nghiệm của thuyết tương đối hẹp..............................................8

1.2.3 Nội dung của thuyết tương đối hẹp ...........................................................12

1.3 Phép biến đổi Lorentz ................................................................................14

1.3.1 Sự mâu thuẫn của phép biến đổi Galileo của cơ học Newton với thuyết

tương đối Einstein ..............................................................................................14

1.3.2 Phép biến đổi Lorentz................................................................................16

1.3.2.1 Phép biến đổi Lorentz theo tọa độ..........................................................16

1.3.2.2 Phép biến đổi Lorentz theo vận tốc ........................................................19

1.3.2.3 Các hệ quả của phép biến đổi Lorentz ...................................................21

Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Phạm Ngọc Chẩn

GVHD: ThS.Trương Thành

1.4 Giải quyết một số vấn đề............................................................................25

1.5 Kiểm nghiệm lí thuyết tương đối hẹp .......................................................29

CHƯƠNG II: THUYẾT TƯƠNG ĐỐI RỘNG........................................................30

2.1 Thuyết tương đối rộng và các hệ quả .......................................................30

2.1.1 Giới thiệu về thuyết tương đối rộng ..........................................................30

2.1.2 Các hệ quả của thuyết tương đối rộng.......................................................31

2.1.2.1 Hệ quả 1..................................................................................................32

2.1.2.2 Hệ quả 2..................................................................................................32

2.1.2.3 Hệ quả 3..................................................................................................33

2.1.2.4 Hệ quả 4..................................................................................................34

2.2 Các ứng dụng của thuyết tương đối rộng.................................................35

2.2.1 Thấu kính hấp dẫn .....................................................................................35

2.2.2 Thiên văn sóng hấp dẫn.............................................................................36

2.2.3 Lỗ đen........................................................................................................37

2.2.4 Vũ trụ học ..................................................................................................38

CHƯƠNG III: BÀI TẬP TƯƠNG ĐỐI TÍNH.........................................................41

3.1 Động lực học tương đối tính ......................................................................41

3.1.1 Phương trình cơ bản của chuyển động chất điểm .....................................41

3.1.2 Động lượng và năng lượng........................................................................41

3.1.3 Các hệ quả .................................................................................................42

3.2 Hiệu ứng Doppler tương đối tính..............................................................44

3.3 Bài Tập ........................................................................................................47

C. KẾT LUẬN..............................................................................................................72

D. TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................................73

Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Phạm Ngọc Chẩn

GVHD: ThS.Trương Thành

Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Phạm Ngọc Chẩn

GVHD: Th.S Trương Thành Trang 1

A. MỞ ĐẦU

1. Lí do chọn đề tài:

Ambert Einstein là nhà bác học vĩ đại của mọi thời đại. Cuộc đời khoa học của

ông gắn liền với nhiều công trình trong đó có hai thuyết tương đối rộng và hẹp. Thuyết

tương đối của Einstein có vai trò đặc biệt quan trọng trong vật lý cổ điển cũng như là

nền móng của vật lý hiện đại sau này. Ngoài ra, nó có ý nghĩa to lớn trong khoa học kỹ

thuật và đời sống. Bằng chứng là cả thế giới phải khâm phục những công lao to lớn

của ông cho khoa học.

Tuy nhiên không phải bản thân sinh viên nào cũng có cái nhìn tổng quát về

thuyết tương đối của Einstein. Một phần lý thuyết của ông rất trừu tượng, khó có thể

hiểu một cách tường tận. Có rất nhiều bài báo nói về thuyết tương đối của ông nhưng

rất đơn lẻ và chỉ tái hiện một khía cạnh nào đó.

Vì vậy em chọn đề tài tập trung nghiên cứu về “Thuyết tương đối Einstein và

bài tập tương đối tính’’. Mong rằng đề tài sẽ một phần mở mang kiến thức về lý

thuyết tương đối của ông, một phần làm tài liệu tham khảo cho các bạn độc giả muốn

quan tâm đến nó. Hi vọng rằng đây sẽ làm tài liệu bổ ích cho các bạn muốn nghiên cứu

về thuyết tương đối Einstein.

2. Mục đích của đề tài

- Xây dựng cơ sở lý luận về lý thuyết tương đối Einstein.

- Xây dựng cơ sở bài tập ứng dụng của thuyết tương đối hẹp.

- Làm tài liệu tham khảo cho một số sinh viên quan tâm.

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

-Đối tượng nghiên cứu:

+ Các tài liệu liên quan đến thuyết tương đối của Einstein.

+ Các bài tập về thuyết tương đối hẹp.

-Phạm vi nghiên cứu:

+ Các vấn đề trong cơ học Newton, phép biến đổi Lorentz, thuyết tương đối.

+ Bài tập ứng dụng của phép biến đổi Lorentz trong thuyết tương đối hẹp.

4. Nhiệm vụ nghiên cứu

Khóa Luận Tốt Nghiệp SVTH: Phạm Ngọc Chẩn

GVHD: Th.S Trương Thành Trang 2

- Tìm hiểu về thuyết tương đối hẹp.

- Phép biến đổi Lorentz trong thuyết tương đối hẹp.

- Tìm hiểu về thuyết tương đối rộng.

- Tìm hiểu về hệ quả cũng như ứng dụng trong thuyết tương đối rộng

- Tìm hiểu về bài tập tương đối tính.

5. Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu cơ sở lí luận.

- Thu thập sách vở, tài liệu liên quan đến đề tài.

- Nghiên cứu tài liệu tham khảo liên quan đề tài.

6. Những đóng góp của đề tài

- Đề tài giúp làm cơ sở cho thuyết tương đối hẹp đồng thời cũng làm nguồn

cung cấp bài tập tương đối tính.

- Đề tài cũng làm tư liệu mở mang thêm kiến thức về thuyết tương đối rộng của

Einstein, cũng như hệ quả và ứng dụng của nó.

7. Cấu trúc và nội dung khóa luận

Đề tài gồm 3 chương

CHƯƠNG I: THUYẾT TƯƠNG ĐỐI HẸP

CHƯƠNG II: THUYẾT TƯƠNG ĐỐI RỘNG

CHƯƠNG III: BÀI TẬP TƯƠNG ĐỐI TÍNH