Speciální teorie relativity - NFUF304

• Anglický název: Special Theory of Relativity
• Zajišťuje: Katedra didaktiky fyziky (32-KDF)
• Fakulta: Matematicko-fyzikální fakulta
• Platnost: od 2022
• Semestr: letní
• E-Kredity: 2
• Rozsah, examinace: letní s.:2/0, Zk [HT]
• Počet míst: neomezen
• Minimální obsazenost: neomezen
• 4EU+: ne
• Virtuální mobilita / počet míst pro virtuální mobilitu: ne
• Stav předmětu: vyučován
• Jazyk výuky: čeština
• Způsob výuky: prezenční
• Garant: doc. RNDr. Leoš Dvořák, CSc.
• Vyučující: doc. RNDr. Leoš Dvořák, CSc.
• Kategorizace předmětu: Fyzika > Učitelství fyziky
• Neslučitelnost : NUFY097
• Záměnnost : NUFY097
• Je neslučitelnost pro: NUFY097
• Je záměnnost pro: NUFY097

Anotace

Přednáška poskytující "vysokoškolský nadhled nad středoškolskou problematikou" speciální teorie relativity: vlastnosti prostoru a času, cesta k STR, relativistická kinematika a dynamika, optické jevy, Minkowského prostoročas, čtyřrozměrný formalismus. V přednášce jsou diskutovány i způsoby, jak příslušné partie vyložit na středoškolské úrovni.

Poslední úprava: Houfková Jitka, RNDr., Ph.D. (19.01.2018)

Cíl předmětu

Poskytnout "vysokoškolský nadhled nad středoškolskou problematikou" speciální teorie relativity a probrat s budoucími učiteli fyziky otázky a námitky, které by jejich budoucí studenti mohli klást.

Poslední úprava: Dvořák Leoš, doc. RNDr., CSc. (05.05.2020)

Podmínky zakončení předmětu

Podmínky zakončení předmětu: Ústní zkouška (z probrané látky dle sylabu). Jsou možné 2 opravné termíny.

Poslední úprava: Houfková Jitka, RNDr., Ph.D. (19.01.2018)

Literatura

• Horský J.: Úvod do teorie relativity. SNTL, Praha 1975. (kap.1-5)

• Bartuška K.: Kapitoly ze speciální teorie relativity. SPN, Praha 1989

• Dvořák L.: Prozatímní studijní učební text pro posluchače studijního programu Fyzika se zaměřením na vzdělávání. Dostupný na webu na adrese http://kdf.mff.cuni.cz/vyuka/TeorieRelativity/.

• Doplňková literatura:

• Votruba V.: Základy speciální teorie relativity. Academia, Praha 1969 a 1977.

• Feynman R.P. a kol.: Feynmanovy přednášky z fyziky l. český překlad Fragment, Praha, 2000

• Horský J., Novotný J., Štefaník M.: Mechanika ve fyzice, Academia, Praha, 2001

• Novotný J. a kol.: Základy teorie relativity. Elektronická učebnice pro střední a vysoké školy. Online: https://is.muni.cz/do/1499/el/estud/prif/ps06/f5010/zaklady_TR.pdf

• Rindler W.: Introduction to Special Relativity. Claredon Press, 1982.

Poslední úprava: Dvořák Leoš, doc. RNDr., CSc. (03.12.2022)

Metody výuky

Přednáška (zahrnující myšlenkové pokusy a diskuse se studenty).

Poslední úprava: Dvořák Leoš, doc. RNDr., CSc. (03.12.2022)

Požadavky ke zkoušce

Ústní zkouška (z probrané látky dle sylabu). Jsou možné 2 opravné termíny.

Poslední úprava: Houfková Jitka, RNDr., Ph.D. (19.01.2018)

Sylabus

• Nástin východisek STR a některých jejich důsledků

Obecné vlastnosti prostoru a času. Vztažné soustavy souřadnic. Inerciální soustavy souřadnic. Princip relativity. Princip konstantní rychlosti světla. Základní kinematické důsledky a problémy s jejich interpretací.

• Princip relativity v klasické fyzice a cesta k STR

Absolutní prostor, absolutní čas. Galileiho transformace, klasický princip relativity. Éter jako absolutní vztažná soustava. Pokusy o ověřování důsledků éterové teorie: aberace světla, Fizeau, Hoek, Michelson, Kennedy a Thorndike. Lorentzův pokus o vysvětlení výsledku. Balistická teorie světla a její vyvrácení.

• Relativistická kinematika

Speciální princip relativity a jeho heuristická cena. Měření prostoru a času, synchronizace hodin. Princip konstantní rychlosti světla. Lorentzova transformace, odvození, vlastnosti a důsledky: skládání rychlostí, kontrakce délek (vysvětlení z hlediska S i S'), dilatace času (a vlastní čas), relativita současnosti. Vysvětlení pokusů v rámci STR. Nadsvětelné rychlosti a kauzalita. Paradoxy relativistické kinematiky. Sagnacův pokus. Transformace zrychlení, hyperbolický pohyb. Experimentální ověření a aplikace relativistické kinematiky.

• Relativistická dynamika

Relativistická a klidová hmotnost, relativistická hybnost. (Včetně odvození vztahu pro relativistickou hmotnost.) Relativistická pohybová rovnice a její řešení v jednoduchých případech: nabitá částice v homogenním elektrickém poli a v homogenním magnetickém poli. Srážky: proč jsou v urychlovačích užívány vstřícné svazky. Transformace hybnosti a energie mezi různými inerciálními systémy. Ekvivalence hmotnosti a energie. Vztah relativistické a klasické mechaniky. Experimentální ověření a aplikace relativistické dynamiky.

• Elektrodynamika a optika

Maxwellovy rovnice a Lorentzova transformace. Dopplerův jev. Optický vzhled relativistických objektů. Zdánlivé nadsvětelné rychlosti kvazarů.

• Minkowského prostoročas

Prostoročasové diagramy. Události, světočáry, nadplochy, světelné kužele. Absolutní minulost, absolutní budoucnost, relativní přítomnost. Čtyřinterval a význam jeho invariance. Obecná Lorentzova transformace. Základní myšlenka čtyřrozměrného formalismu STR, zápis některých vztahů ve čtyřrozměrném formalismu a jeho výhody.

Poslední úprava: Houfková Jitka, RNDr., Ph.D. (27.05.2022)

Studijní opory

Dvořák L.: Prozatímní učební text Teorie relativity k přednášce pro posluchače studijního programu Fyzika se zaměřením na vzdělávání. Dostupné na webu na adrese http://kdf.mff.cuni.cz/vyuka/TeorieRelativity/.

Poslední úprava: Dvořák Leoš, doc. RNDr., CSc. (03.12.2022)