Форум программистов, компьютерный форум, киберфорум
IGPIGP
Войти
Регистрация
Восстановить пароль
Карта форума Блоги Сообщество Поиск Заказать работу  
Рейтинг: 3.00. Голосов: 2.

Проблемы релятивистской массы для Теории Относительности и странность Уравнения эквивалентности Массы-Энергии

Запись от IGPIGP размещена 14.12.2019 в 19:30
Обновил(-а) IGPIGP 01.07.2020 в 23:07

Проблемы связанные с релятивистской массой для Tеории Oтносительности, затронуты в моём тексте расположенном вот тут:
О релятивистской массе
Поэтому я не буду повторяться, сказав вкратце: релятивистская масса это инерционная масса, полученная в результате преобразования аналогичного преобразованию Лоренца, которое показывает связь величины в движущейся инерциальной системе, наблюдаемой из покоящейся системы отсчёта, с этой же величиной, измеренной внутри движущейся системы. Современная физика отказалась от понятия релятивистской массы. В том же тексте в конце, говорится о том, что если гравитационная масса эквивалентна инерционной, то релятивистская масса, будучи инерционной, как доказано в тексте (она получена из закона сохранения импульса, - декларации инерции как таковой), приводит теорию относительности к неразрешимым проблемам. В частности, в мысленном эксперименте, описанном в указанном тексте, наблюдателю из системы любого из тел массой m должно казаться, что противоположное, налетающее тело тяжелее чем "собственное" тело. Это должно приводить к нарушению симметрии относительно гравитационного взаимодействия с любым, симметрично расположенным, по отношению к приближающимся телам, телом. То есть, с точки зрения любого из наблюдателей в системах m и m, должно казаться что линия на приближающееся тело должна поворачиваться в сторону третьего, симметричного тела.
Давайте выведем уравнение эквивалентности массы и энергии, используя полученную (и давно известную, но отвергнутую) релятивистскую массу.
Итак:
https://www.cyberforum.ru/cgi-bin/latex.cgi?m =\frac{m _{0}}{\sqrt{1-\frac{v^{2}}{c^{2}}}} {\:\:\:\:\:\:\:}   [1]
Напишем уравнение для импульса силы и импульса тела, которое испытывает на себе её действие:
https://www.cyberforum.ru/cgi-bin/latex.cgi?Fdt =d(m\cdot v)=vdm+mdv
домножив на дифференциал перемещения ds и разделив на dt получим:
https://www.cyberforum.ru/cgi-bin/latex.cgi?Fds=dE_k=v^2dm+mvdv
Подставив выражение для релятивистской массы: m(m0,v) см.[1], получив дифференциалы будем иметь:
https://www.cyberforum.ru/cgi-bin/latex.cgi?\frac{dE_k}{m_0} =d (v^{2}\cdot (1-\frac{v^{2}}{c^{2}})^{-\frac{1}{2}})-2\cdot (1-\frac{v^{2}}{c^{2}})^{-\frac{1}{2}}\cdot vdv
Второе слагаемое легко интегрируется и даёт
https://www.cyberforum.ru/cgi-bin/latex.cgi?\frac{v^2}{(1-\frac{v^{2}}{c^{2}})}
а первое интегрируется подстановкой v/c = sinx
https://www.cyberforum.ru/cgi-bin/latex.cgi?\frac{E_k}{m_0} =\frac{v^{2}}{\sqrt{1-\frac{v^{2}}{c^{2}}}}-c^{2}\cdot \sqrt{1-\frac{v^{2}}{c^{2}}}
и это легко даёт известную формулу для кинетической энергии как разности полной энергии и энергии покоя:
https://www.cyberforum.ru/cgi-bin/latex.cgi?E_k =m _{0}\cdot c^{2}\cdot (\frac{1}{\sqrt{1-(\frac{v^{2}}{c^{2}})}}-1) {\:\:\:\:\:\:\:}   [2]
Как видно формула [2] следует из [1] и это также говорит о том, что отказаться от релятивистской массы не получится.
Интересно, что фотон - частица света не укладывается в эту формулу. Хотя для фотона это не удивительно, так как он мало куда укладывается, но это тема отдельного разговора.

И да. Когда v = 0 Ek = 0 и, как вы можете видеть, это выражается как разность
https://www.cyberforum.ru/cgi-bin/latex.cgi? E_ {k} = \frac {m _ {0} \cdot c ^ {2}} {\sqrt {1- \frac {v ^ {2}} {c ^ {2}}}} - m _ { 0} \cdot c ^ {2} {\: \: \: \: \: \: \:} [3]
поэтому второе слагаемое в правой части [3] принято интерпретировать как энергию покоя!
Надо сказать, что последнее уравнение приводит к
https://www.cyberforum.ru/cgi-bin/latex.cgi?m _ {0} \cdot c ^ {2} = \frac {m _ {0} \cdot c ^ {2}} {\sqrt {1- \frac {v ^ {2}} {c ^ {2 }}}} - E_ {k} {\: \: \: \: \: \: \:} [4]
Как вы можете видеть, когда Ek = 0 m0 * C ^ 2 = m0 * C ^ 2 может действительно рассматриваться как энергия покоя, в противном случае знак "-" перед m0 * c ^ 2 выглядит угрожающе в уравнении для E_k [3]
Вот почему первый член в правой части [4] принято интерпретировать как так называемую полную, полную или целую энергию:
https://www.cyberforum.ru/cgi-bin/latex.cgi?E_ {total} = \frac {m _ {0} \cdot c ^ {2}} {\sqrt {1- \frac {v ^ {2}} {c ^ {2}}}} = m \cdot c ^ 2 {\: \: \: \: \: \: \:} [5]
и наконец
https://www.cyberforum.ru/cgi-bin/latex.cgi? m _ {0} \cdot c ^ {2} = E_ {rest} = E_ {total} - E_ {k}
что выглядит выглядит разумно (если не присмотреться).
И
https://www.cyberforum.ru/cgi-bin/latex.cgi?E_ {total} =E_ {rest} + E_ {k}
Это означает, что полная энергия - это энергия покоя для тела, которое не двигается (в состоянии покоя).

Пример странного поведения релятивистской массы в сочетании с законом эквивалентности массы-энергии.

Пусть у нас есть чёрный невесомый ящик. В нем два массивных шара одинаковых по массе m и размеру. Они лежат внутри в центре бок о бок. Взвешиваем ящик и получаем 2m.
Теперь открываем одну стенку и одним ударом кия заставляем шары летать к стенке (каждый к своей), возвращаться, биться друг о друга и так вечно. Потому что действо происходит в любимом физиками современности вакууме.
Закрываем стенку. Ящик звукоизолирован и с виду не скажешь что там внутри что-то движется. Смотрим на весы. Не уж-то там 2m? Нет конечно, там стало больше (если бы СТО не врала, конечно). Почему так? Потому что энергия системы увеличилась. Вообще, считается, что в соответствии с интерпретацией Эйнштейна
Цитата:
Сообщение от zvm2 Посмотреть сообщение
Где-то у Эйнштейна написано примерно так: "Всякой массе соответствует энергия. Обратное - не верно".
Определить скорость vс центра масс системы частиц
Хех... Ну допустим. Пусть когда кий упруго ударил оба шара, действуя по линии симметрии направленной в точку их касания, в самый момент удара, когда шары и кий деформированы, а шары ещё не начали движение, вся энергия их будущего движения запасена в энергии их (и кия) упругой деформации:
https://www.cyberforum.ru/cgi-bin/latex.cgi?\Delta E_{udeform }=\Delta m _{deform}\cdot c^{2}
и "деффект массы" от энергии связанной деформациями электромагнитной природы:
https://www.cyberforum.ru/cgi-bin/latex.cgi?\Delta m _{deform}=\frac{\Delta E_{udeform }}{c^{2}}
То есть, в моменты когда шары упруго сталкиваются со стенками (одновременно) или друг с другом, в системе также полный покой и вся кинетическая энергия перешла в упругую деформацию (энергию электромагнитной природы) как быдо показано. А масса то по прежнему осталась больше 2m на указанную величину. Потом шары разгоняются и масса переходит в кинетическую энергию. Часть из-за эквивалентности а часть в её рамках ещё и из-за релятивистского "утяжеления".
Итак масс покоя у нас равна массе покоя недеформированных шаров плюс масса от упругой деформации:
https://www.cyberforum.ru/cgi-bin/latex.cgi?M_{0}=2\cdot m+\Delta m _{deform}=2\cdot m+\frac{\Delta E_{udeform }}{c^{2}}
Полная энергия равна енергии покоя и может быть записана, соответственно:
https://www.cyberforum.ru/cgi-bin/latex.cgi?E_ {total} = E_{rest}= M_{0}\cdot c^{2}= 2\cdot m \cdot c^{2} +\Delta E_{udeform }
Запишем энергию соответствующую состоянию системы, когда шары не касаются стен и друг друга то есть имеют максимальную скорость, равную v. Для этого запишем полную энергию каждого шара, а поскольку шары уже не деформированы, то сопоставимая их массе покоя масса это масса m. То есть энергия такого не деформированного шарика движущегося в лабораторной системе со скоростью v:
https://www.cyberforum.ru/cgi-bin/latex.cgi?E_{mv }=\frac{m\cdot c^{2}}{\sqrt{1-\frac{v^{2}}{c^{2}}}}
А энергия двух шаров - вдвое больше.
https://www.cyberforum.ru/cgi-bin/latex.cgi?E_ {total} = 2\cdot E_{mv }=2\cdot \frac{m\cdot c^{2}}{\sqrt{1-\frac{v^{2}}{c^{2}}}}
Это соответствует массе куба:
https://www.cyberforum.ru/cgi-bin/latex.cgi?M_{0}=2\cdot \frac{m}{\sqrt{1-\frac{v^{2}}{c^{2}}}}
теперь приравняем массы покоя для случаев покоя и движения шаров:
https://www.cyberforum.ru/cgi-bin/latex.cgi?M_{0}=2\cdot m+\Delta m _{deform}=2\cdot m+\frac{\Delta E_{udeform }}{c^{2}}=2\cdot \frac{m}{\sqrt{1-\frac{v^{2}}{c^{2}}}}
Энергия деформации:
https://www.cyberforum.ru/cgi-bin/latex.cgi?\Delta E_{udeform }=2m\cdot c^{2}\cdot (\frac{1}{\sqrt{1-(\frac{v^{2}}{c^{2}})}}-1)
что полностью соответствует кинетической энергии шаров при скорости v что вполне логично.
Однако, глядя на результат, напрашивается вывод о том, что любой энергии, которая может соответствовать механической работе, можно сопоставить некоторую массу (равную релятивистской при условии что вся данная энергия может быть превращена в кинетическую). Слава богу, это скорее всего, не распространяется на энергии с эксергетическим потенциалом <1. Впрочем, анализ системы с диссипациями механической энергии в тепло я оставляю читателю.
Неприятно осознавать, что в системе, где есть рабочее тело с высокой температурой и тело с низкой температурой, можно получить работу или осуществить теплообмен понизив эксергетический потенциал. Есть подозрение, что с точки зрения СТО масса такой системы должна уменьшиться.
Последние размышления под вопросом.
Размещено в Theory of relativity
Показов 2488 Комментарии 0
Всего комментариев 0
Комментарии
 
КиберФорум - форум программистов, компьютерный форум, программирование
Powered by vBulletin
Copyright ©2000 - 2024, CyberForum.ru