回答:
该等式是低速度粒子的相对论能量的近似值。
说明:
我假设一些关于狭义相对论的知识,即从惯性框架观察到的运动粒子的能量由下式给出 #E = gammamc ^ 2#,哪里 #伽马= 1 / SQRT(1-(V / C)^ 2)# 洛伦兹因子。这里 ·V# 是观察者在惯性系中观察到的粒子速度。
物理学家的一个重要的近似工具是泰勒级数近似。这意味着我们可以近似函数 #F(x)的# 通过 #F(x)的approxsum_(N = 0)^ N(F ^((n))的(0))/(N!)X ^ N#, 越高 #N#,近似值越好。实际上,对于大类平滑函数,这种近似变得精确 #N# 去 #OO#。注意 #F ^((n))的# 代表的第n个衍生物 #F#.
我们近似函数 #F(X)= 1 / SQRT(1-X)# 对于小 #X#,我们注意到,如果 #X# 是小, #x的^ 2# 会更小,所以我们假设我们可以忽略这个顺序的因素。所以我们有 #F(x)的approxf(0)+ F'(0)X# (这种特殊的近似也称为牛顿近似)。 #F(0)= 0# 和 #F'(X)= 1 /(2(1-X)^(3/2))#所以 #F'(0)= 1/2号。因此 #F(x)的approx1 + 1/2×#.
现在我们注意到了 #伽马= F((V / C)^ 2)#。确实如果 ·V# 比较小 #C#它将在日常情况下,近似值成立,所以 #gammaapprox1 + 1/2(V / C)^ 2#。将其代入粒子总能量的等式中 #Eapproxmc ^ 2 + 1 / 2MV ^ 2#。这给了我们动能 #E _( “亲属”)= E-E_ “休息” approxmc ^ 2 + 1 / 2MV ^ 2-MC ^ 2 = 1 / 2MV ^ 2# 对于低速度,这与经典理论一致。对于更高的速度,使用泰勒级数中的更多项是明智的,最终会对动能进行所谓的相对论修正。