PředmětyPředměty(verze: 901)
Předmět, akademický rok 2021/2022
  
Speciální teorie relativity - NFUF304
Anglický název: Special Theory of Relativity
Zajišťuje: Katedra didaktiky fyziky (32-KDF)
Fakulta: Matematicko-fyzikální fakulta
Platnost: od 2021 do 2021
Semestr: letní
E-Kredity: 2
Rozsah, examinace: letní s.:2/0 Zk [hodiny/týden]
Počet míst: neomezen
Minimální obsazenost: neomezen
Virtuální mobilita / počet míst: ne
Stav předmětu: vyučován
Jazyk výuky: čeština
Způsob výuky: prezenční
Garant: doc. RNDr. Leoš Dvořák, CSc.
Kategorizace předmětu: Fyzika > Učitelství fyziky
Neslučitelnost : NUFY097
Záměnnost : NUFY097
Je neslučitelnost pro: NUFY097
Je záměnnost pro: NUFY097
Anotace
Poslední úprava: RNDr. Jitka Houfková, Ph.D. (19.01.2018)
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.
Cíl předmětu
Poslední úprava: doc. RNDr. Leoš Dvořák, CSc. (05.05.2020)

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.

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

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

Literatura
Poslední úprava: doc. RNDr. Jarmila Robová, CSc. (25.05.2022)

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 učební text Teorie relativity k přednášce pro posluchače oboru Fyzika zaměřená na vzdělávání. Dostupné 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.

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

přednáška

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

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

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

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

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

 
Univerzita Karlova | Informační systém UK