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12 相对论性运动学和动力学,质量和静止能量等效性

参见《费曼物理学讲义(第1卷)》第15、16章。

12.1 对于坐标轴相平行的两个惯性坐标系(其中一,个坐标系相对于另一个以速率 V 沿 x 轴运动),从洛伦茨变换求解以 x' y' z' t' 表示的 x y z t

12.2 以微分形式写出习题12.1中得出的洛伦茨变换,并用 V 等相关量表示 v x v x = )。相同的结论是否适用于 v y v y = )?

12.3 一个粒子在坐标系S中沿 x 轴的速度为 v x ,加速度为 a x 。坐标系S′与坐标系S的坐标轴相平行,相对于坐标系S沿 x 轴方向以速度 v 运动。求坐标系S′中粒子的速度 和加速度

12.4 在坐标系S中,棒静止,长度为 L =5m,方向与 x 轴呈 θ =30°夹角。另一坐标系S′与坐标系S平行,相对于坐标系S以 v x = 的速率运动,问在坐标系S′中的观察者看来,棒的长度和方向如何?

12.5 μ子形成于大气层的高处,在衰变前以速率 v =0.990 c 行走了5.00km。

(a)在我们看来,这个μ子“生存”了多长时间Δ t ?在其自身参考系中,其寿命Δ t′ 又是多少?

(b)在其自身参考系中,μ子在大气层中的穿透距离 L′ 是多少?

12.6 验证电子的静止质量 m e c 2 =0.511 MeV。

12.7 质量为 m 的粒子在力的作用下沿直线运动,运动轨迹遵循如下条件:

x = - b

问:为了达到这样的运动轨迹,在粒子上所施加的力 F 应满足什么条件?

12.8 美国1965年的总发电量为1.05×10 12 kWh。

(a)在此过程中,有多少质量 M 转变为能量?

(b)如果在氘转变为氦的反应中所有的质量变化都能被利用(实际上,部分以中微子的形式损失掉),为了提供发电所需的氘,每秒需要多少体积 V 的重水?

注: =2.0147 u, =4.0039 u。

12.9 在地球大气层顶部,来自太阳的入射总功率是1.4 kW m -2 。如果这些能量全部来源于从普通氢到氦的转变过程,求太阳每秒燃烧多少氢?(忽略转变为中微子的损失。)

12.10 (a)计算以“光年 年 -2 ”为单位的重力加速度数值。

(b)如果一艘孤立的飞船在加速行驶,飞船上的乘客感受到与地球表面的重力加速度相同的恒定加速度一。个静态(无加速度)的观察者(在 t =0时刻,其相对于飞船静止)观测到飞船已经如此行驶了5年。求在这段时间的终点,飞船飞行了多少距离 x ,最终的行驶速率 v 是多少? iGrr6QaGoQ2nBS1eUdcQsggXTat22AbQi93rBl8ukpUGQcRJt6pIPZuzTwQUsbYx

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