Жылдамдықтарды қосудың релятивистік заңы - Физика, 11 сынып, 39 - сабақ

Сабақтың мақсаты:

1. Білімділік мақсаты: Оқушы білімін, іскерлігін, дағды деңгейін бақылау, бағалау.  Жылдамдықтарды қосудың релятивистік заңымен        таныстырып солар жайлы түсінік қалыптастыру.
2. Дамытушылық мақсаты: Оқушылардың білім деңгейін және білім мазмұнының тұрақтылығы мен оны игерудегі іскерлік пен дағдыны бақылау.
3. Тәрбиелік мақсаты: Адамгершілікке, ұқыптылыққа, алғырлыққа, отансүйгіштікке, табиғатты аялауға, сыйластық пен әдептілікке баулу.

Сабақтың түрі:жаңа білімді қалыптастыру, жалпылау
Сабақтың әдіс-тәсілдері:  Әңгіме, лекция, дискуссия, кітаппен жұмыс.
Сабақтың көрнекіліктері: плакаттар, суреттер, 
Сабақтың барысы:
І.ДКҰйымдастыру кезеңі:Сәлемдесу; Оқушыларды түгендеу;Оқушылардың назарын сабаққа аудару.
ІІ. ДК. Үй тапсырмасын тексеру, қайталау.
А) теориялық білімдерін тексеру. Ә) практикалық тапсырмаларын тексеру. Б) есептерін тексеру.
ІІІ.ДК Білімді жан-жақты тексеру./ ІV. ДК. Жаңа материалды қабылдауға әзірлік, мақсат қою.   
Бүгінгі негізгі мақсатымыз оқулық бойынша Жылдамдықтарды қосудың релятивистік заңымен  танысамыз.

 V. ДК.Жаңа материалды меңгерту: 
Енді ядролық физика мен элементар бөлшектер физикасында үлкен рөл атқаратын салыстырмалылық теориясынын аса маңызды салдарын, энергия мен массаның арасындағы әмбебап байланысты қарастырайық.
Энергия мен массаның арасындағы байланыс энергияның сақталу заңы мен дененің массасы оның қозғалыс жылдамдығына тәуелді болатын фактісінен шығып отыр. Мұны қарапайым мысалдан көруге болады. Ыдыстағы газды қыздырғанда оған белгілі бір энергия беріледі. Молекулалардың бейберекет жылулық қозғалысы температураға тәуелді және газды қыздырған сайын, ол арта береді. Молекула қозғалысының жылдамдығының артуы  
формулаға сәйкес барлық молекулалар массасының артатындығын көрсетеді. Олай болса, ыдыстағы газдың массасы оның ішкі энергиясы артқанда артады. Газдың массасы мен энергиясының арасында байланыс бар.
Эйнштейн формуласы. Эйнштейн салыстырмалылық теориясын пайдаланып, өзінің қарапайымдылығы мен жалпылығы жағынан тамаша энергия мен масса арасындағы байланыс формуласын тағайындады:
           (1)
Дененің немесе денелер жүйесінің энергиясы жарық жылдамдығының квадратына көбейтілген массаға тең.
Егер жүйенің энергиясы өзгерсе, онда оның массасы да өзгереді:
(2)
Бірақ коэффициенті өте аз болғандықтан, массаның елеулі өзгерісі тек энергияның орасан зор өзгерістері кезінде ғана мүмкін болады. Химиялық реакциялар болған кезде немесе денелерді әдеттегі жағдайларда қыздырғанда энерияның өзгерісі аз болатыны соншалықты, тіпті массаның сәйкес өзгерісін тәжірибеде байқау қиын. Ыстық шайнектің, суық шайнекке қарағаңда, массасы артық; бірақ тіпті ең сезгіш таразылардың жәрдемімен де бұл айырманы аңғара алмаймыз. Тек атом ядролары мен элементар бөлшектердің түрленуі кезінде ғана энергияның өзгерісі мол болатындықтан, оған байланысты массаның өзгерісін де байқауға болады.
Сутегі бомбасы жарылған кезде орасан көп 10¹⁷ Дж-ге жуық энергия бөлініп шығады. Бұл энергия бүкіл Жер шарындағы бірнеше күнде өндірілетін электр энергиясынан артып кетеді. Бөлініп шығатын энергия сәуле шығарумен бірге ілесіп кетеді. Сәуле шығарудың энергиясымен қоса, бастапқы материал массасының 0,1%-ін құрайтын массасы да бар.
ЖЫЛДАМДЫҚТАРДЫ ҚОСУДЫҢ РЕЛЯТИВИСТІК ЗАҢЫ
Кеңістік пен уақыт туралы жаңа релятивистік үғымдарға жылдамдықтарды қосудың жаңа заңы сәйкес келді. Жылдамдықтарды қосуда классикалық заңның дұрыс болмауы да анық, өйткені ол вакуумдағы жарық жылдамдығының тұрақтылығы туралы пайымдауға қарама-қайшы келеді.
Егер поезд жылдамдықпен қозғалса және вагонның ішінде поезд қозғалысының бағытымен жарық толқыны таралса, онда оның Жермен салыстырғандағы жылдамдығы да болмай,   болуы керек. Жылдамдықтарды қосудың жаңа заңынан керекті нәтиже шығуы тиіс.
Жылдамдықтарды қосудың заңын дербес жағдай үшін жазайық, бұл жағдайда дене К₁ санақ жүйесінің Х₁ өсі бойымен қозғалады, ал К₁ болса, ол да К санақ жүйесімен салыстырғанда жылдамдықпен қозғалады. Мұнда қозғалыстың өн бойында Х және Х₁ координаталар остері бір-бірімен беттеседі де, ал Uжәне Ү₁, Z және Z₁ бір-біріне параллель болып қала береді (1-сурет).

1-сурет

Дененің K₁-мен салыстырғандағы жылдамдығын ,   ал сол дененің К-мен салыстырғандағы жылдамдығы, деп белгілейік. Сонда жылдамдықтарды қосудың релятивистік заңы бойынша
                                         (1)
Егер болса және  болса, онда бөлшектің бөліміндегі   мүшесін елемеуге болады және (1) формуланың орнына жылдамдықтарды қосудың классикалық заңы шығады:
Салыстырмалылық теориясының екінші постулаты бойынша, болғанда, жылдамдықта с-ға тең болады. Шынында,
Жылдамдықтарды қосудың релятивистік заңының тамаша қасиеті сол, кез келген , және (әрине, с-дан артық емес) жылдамдықтар үшін қорытқы жылдамдық с-ден артық болмайды.
Жылдамдықтарды қосудың релятивистік заңы дұрыс, бірақ көрнекі емес. Жермен қатысты с жарық жылдамдығына жақын жылдамдықпен келе жатқан үлкен ғарыштық ракетаны көз алдарыңа елестетіп көріңдер. Одан кіші ракета бөлініп шығып, үлкен ракетаға қатысты с жарық жылдамдығына жақын жылдамдықпен ұша алады. Алайда кіші ракетаның Жерге қатысты жылдамдығы үлкен ракетаның жылдамдығындай болып шығады.
VІ. ДК. Оқытылып отырған  оқу материалын қабылдаудағы оқушы түсінігін тексеру.
§5.7, 5.8 дайындық сұрақтарын талдау.
VІІ. ДК. Оқытылып отырған оқу материалын бекіту немесе дағдыландыру жұмыстарын жүргізу.

1. Есептер шығарту. 

VIІI.ДК. Бағалау. Үй тапсырмасын беру: §5.7, 5.8 Есептер шығарту.