高中生的相对理论

紫_影轩

凡是读过相对论的人都会对相对论有一定的了解，其实相对论在高中物理中的应用是很广泛的，只不过很少有人去触动它，认为它超出了高中知识所学习的范围。但是，如果你仔细阅读过相对论这本书，或者读过其翻译成中文的“图说相对论”这本书后，你就会发现相对论在高中物理的应用是很方便的！
    一般高中生在学习到相对理论的同时会回避这个话题，因为那是大学或者更高学位的人研究的东西，不是我们现在所能掌握的。甚至很多老师在讲课的时候也是一带而过，仅仅对于其中的几个公式进行讲解一下，或者让学生死记硬背的记住这些公式。而相对理论更只是在两个物体运动中应用。其实相对理论在动量和能量守恒方面也有很好的应用，或者说很好的配合运动理论进行整合。
    我们先给一个特别普遍的例子。
    假如两个物体A和B向相反的方向运动，A以10m/s的速度向东行驶，B以30m/s的速度向西行驶，那么A相对于B以40m/s的速度匀速向东行驶。这是一个很简单的相对理论的应用，而且这是一个以“速度为30m/s向西行驶的B”为参考系。但是在这个地方，人们（或者说大部分的学生或老师）都忽略了一个问题，就是加速度的问题。
    如果我说A以10m/s的速度向东行驶，B以2m每秒方的加速度、以30m/s的初速度速度向西行驶呢？那么A相对于B就是“以-2m每秒方加速度、40m/s的初速度向东行驶”，这样所选取的参照物就是加速度为-2m每秒方、初速度为40m/s的非惯性参照物。这样，我们就把参照物或参考系从惯性参考系变成非惯性参考系。
    但是这和我在上文所说的动量和能量有什么关系吗？
    有，因为伴随运动的过程总是有动量和能量的转化的。在一个理想的环境（符合动量守恒和能量守恒）当中，当两个匀速运动的物体发生碰撞的时候，碰撞结果总是两个物体
动量守恒（总动量不变），总能量不变（一般由部分动能变成内能或热能）。在解决这类问题中，所选择的参考系不同，解决问题的难易程度也不同。
    举一例子：一个短棒在距离地面a米得半空中落下，短棒（质量为m）上端有一铁环（质量为n），短棒长b米。短棒和铁环之间的摩擦系数为o。设短棒和地面时理想弹性碰撞，求这个过程中产生的热量（或者损失的动能）为多少?
  
    在正常的解题当中，你的先判断第一次短棒与地面碰撞时的速度，然后根据动量守恒和能量守恒求出第一次碰撞损失的能量。然后是第2、3···次碰撞损失的能量。这样很麻烦的。如果你换一种角度，就是在第一次碰撞的时候，短棒以x米/秒速度，-y每秒方的加速度向上运动；铁环以x米/秒速度，y每秒方的加速度向下运动。取向下以x米/秒速度，y每秒方的加速度为参考系，则铁环静止，而短棒以2x米/秒速度，-y每秒方的加速度向上运动。这时候根据动量守恒和能量守恒，先判断极端情况，就是铁环是否能够脱离短棒，也就是铁环和短棒的相对位移能不能尝过短棒的长度，如果超出，直接就是铁环和短棒的在距离b米内的摩擦生热。如果没有超出，则根据动量守恒和能量守恒判断他们相对位移是多少，然后计算在相对位移内的摩擦生热。
    很复杂的一个例子，在相对理论中变得简单无比。同样还有很多相似的问题等着我们去解答。所以，不要回避相对理论，很有趣的东西，给你的物理打开一扇大门！

蚂蚁他哥

相对加速度高中都不讲，更不要说非惯性系了。
相对理论和相对论不是一回事，对吧？

采泥士

相对加速度我们老师是有讲的……也不过是相对运动的一个范畴罢了
相对运动原理和相对论还真没什么太直接的联系，相反，可以说，相对论正是对前者的证伪中建立起来的……
而且对于LZ所说的换个具加速度的参考系来化简问题也是高中奥物常用的一种方法，可能是日常物理问题没有难到要用这种方式吧，所以老师也就不讲了。要怪只能怪现在的教育是一切向高考看齐了……

天堂泪

我想说摩擦系数为0，怎么还会有能量损耗？

裂忆碎散

相对性应用是参考系的选取问题吧，动态参考系不就是相对性了。和相对论不一样，相对论是物理基础，研究物理本质。

zd61mchs

这只是狭义相对论的一部分，还有广义的你理解吗？

通牛角

那么A相对于B就是“以-2m每秒方加速度、40m/s的初速度向东行驶”，LZ再想想是不是-2m

科技26

很明显,楼主木有学过相对论,完全两码事