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如何理解相对论中加速度方向与合外力方向不一致?
[楼主] 作者:董银立  发表时间:2012/02/02 08:22
点击:1854次

在狭义相对论中,物体加速度的方向与其所受合外力的方向有可能是不一致的。如何理解这种情形?

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流水和气流不会改变其中超声波束的传播方向——动煤质波动理论呼之欲出!
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[楼主]  [2楼]  作者:董银立  发表时间: 2012/02/02 08:23 

据说是因为“运动方向上发生了长度收缩”,导致了力产生的效果(加速度、速度、位移量)发生改变。好比一个高速向东运动的火车上,火车上有一个可以产生恒定加速度的玩具汽车,该玩具汽车从静止开始运动(相对火车),在【地面系】看会发现:
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假如玩具汽车朝正北方运动,1秒钟可以位移100厘米,
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假如玩具汽车朝正东方运动,1秒钟可以位移99厘米,因为在东西方向上100厘米收缩了1厘米。
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假如玩具汽车朝东北方向(与正东成45度夹角)运动,在【地面系】看会发现,玩具汽车的运动方向(加速度方向)不再是与正东成45度夹角了!而是与正东成46度夹角了!可见在【地面系】看,玩具汽车受到的力与正东成45度夹角,玩具汽车的加速度却与正东成46度夹角!

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[楼主]  [3楼]  作者:董银立  发表时间: 2012/02/02 08:23 

为了让电动力学满足狭义相对性原理,或者说为了让两个电荷之间的【作用力】及【作用效果】满足狭义相对性原理,相对论可谓是煞费苦心啊。不得不抛出“四维力”、“加速度方向与力方向不一致”、“作用力与反作用力原理不再成立”等重磅炸弹!



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[楼主]  [4楼]  作者:董银立  发表时间: 2012/02/02 08:24 

在地面系,玩具汽车的位移量(以及速度、加速度)相对论会用洛仑兹变换处理,但玩具汽车受到的【机械力】相对论是不可能用洛仑兹变换处理的。因此就出现了力的方向与加速度方向不一致。

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但为了让电磁学和电动力学满足相对性原理,相对论直接用洛仑兹变换来处理电荷之间的【洛仑兹】力。

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[楼主]  [5楼]  作者:董银立  发表时间: 2012/02/02 08:24 

反相者说,按照相对论俩电荷之间的作用力在不同参照系看来是不同的;相对论说,不同就对了,符合四维力的定义。
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反相者说,按照相对论从动系看,物体的加速度方向和力的方向不一致;相对论说,不一致就对了,符合相对论的结果。
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反相者说,静系的一对作用力和反作用力,按照相对论从动系看,其方向不再相反;相对论说,这就对了!

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 [6楼]  作者:周宪  发表时间: 2012/02/02 10:43 

我不知道相对论有此一说。不管是谁,有这种观点总是错的。
m是标量a是矢量:
F=d(mv)/dt=mdv/dt+vdm/dt
将v写成矢量的形式:
vi+0j+0k
F=(ma)i+(vdm/dt)i
可知它对t的导数的单位长度仍然是i。也就是说,力的方向仍然是i所在轴的方向。
如果引入质速度关系,可知m也是v的函数。无论你怎么导,长度单位总是i。
这个问题实际上在讨论季灏实验时已经讨论过了。
[楼主]  [7楼]  作者:董银立  发表时间: 2012/02/02 10:55 

“物体加速度的方向与其所受合外力的方向有可能是不一致”是相对论教科书中的观点。我也认为它是错的,但相对论认为这与“长度收缩”和“时间膨胀”“质量增加”一样,是正常现象。

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 [8楼]  作者:周宪  发表时间: 2012/02/02 12:45 

根据普朗克能量粒子性的发现,质速关系是有道理的。物体不会无缘无故地动起来,而是吸收了有质量的能量子才会运动的。所以速度增加时,质量也伴随着增加。
洛伦兹变换中x、x'的变化,实际上是重力波在质量增加后只要通过较短的距离x'就可以做物体静止时重力波需要通过x时做的功。
由于物体质量增加,那么物体自身振动、分裂时就需要更多的时间。就像人发胖后,行动会变慢一样。这就是所谓的时间膨胀。
相对论中有正确的,也有错误的。
[楼主]  [9楼]  作者:董银立  发表时间: 2012/02/02 13:02 

相对论的观点是,同一个物体,在(运动速度不同的)两个人看来,其长度和质量是不同的。相对论没有半点正确之处。

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 [10楼]  作者:周宪  发表时间: 2012/02/02 13:43 

相对论的观点是,同一个物体,在(运动速度不同的)两个人看来,其长度和质量是不同的。
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这当然是错误的。而且相对论最主要的错误就在于此,即把物体视作观察者感觉的复合。
但是相对论用洛伦兹变换作为其理论基础之一,毕竟有正确的部分。相对论学者在100多年的研究中也有许多被实践证明了的科学成果。
[楼主]  [11楼]  作者:董银立  发表时间: 2012/02/02 14:49 

你认为物体相对哪个参照系的速度增大后,其质量会增大?

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 [12楼]  作者:jqsphy  发表时间: 2012/02/02 17:35 

如何理解相对论中加速度方向与合外力方向不一致?

标准答案:
d(mv)/dt=F,从数学上讲,没有理由“加速度方向必须与合外力方向一致”,而是mv的变化率才与合外力一致,而非v的变化率与合外力一致。所以,从数学上讲,这是一个伪问题。

但从牛顿力学(ma=F)讲,加速度的确要与合外力一致。这就涉及质量的各向异性了。的确,将狭义相对论方程d(mv)/dt=F变形为牛顿力学形式方程ma=F后,可以定义出“纵、横质量”概念(1904年前后)。正是因为有了纵横质量,加速度方向与合外力方向不一致。此类现象也发生在晶体里面(如半导体内,电子有有效质量,甚至可以是负数,它还是各向异性的)。

顺便说一下,纵、横质量是因为将狭义相对论方程d(mv)/dt=F变形为牛顿力学形式方程ma=F后得到的。但这种做法并非必须,在以后的教材中,取消了纵横质量。
 [13楼]  作者:周宪  发表时间: 2012/02/02 18:11 

没有理由“加速度方向必须与合外力方向一致”,而是mv的变化率才与合外力一致,而非v的变化率与合外力一致。所以,从数学上讲,这是一个伪问题。
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jqsphy:
d(mv)/dt这道题目你也做过。其中dm/dt这一项,因为m=γm0,m0是常数,而γ中只有一个v可以对t求导。所以d(mv)/dt的两项最后都归结于dv/dt,其他都是常数。适当选择坐标系,可以将v表示为vi+0j+0k,所以dv/dt最终的单位矢量还是i。这个道理我6楼已经讲过了,你难道没有看?如果你不同意我的观点,希望你将我的F与dv/dt的方向一致的数学证明驳倒。
 [14楼]  作者:llgzcts  发表时间: 2012/02/02 19:33 

对【13楼】说:
周老先生:V沿着i方向,但dv/dt不一定会沿着i方向,这是一个常识。否则,即使在牛顿力学中,质点也不会拐弯了。
 [15楼]  作者:周宪  发表时间: 2012/02/02 22:41 

你说的v是合速度的v,而dv是物体受力后在某一个方向随时间的速度变化率,即在dt时间段里物体在该方向获得了速度dv。这个dv再与原来的速度v0用平行四边形法则合成一个V。所以这个合速度V的方向与dv的i方向不一定是一个方向。

另外要说明的是,这个dv是合力作用dt后产生的速度,而不仅仅是对物体施加的力产生的速度。有速度的物体在接受其他物体的施力时,会与施力物在碰撞、接触时产生另一个力。就像在真空中的飞船靠惯性运动,不受力,但是碰到空中一个东西,就会产生撞击力。这两个力合成的合力,就产生了与合力方向一致的加速度,并在经历了dt后变成与合力方向一致的速度dv,再与原来的v0合成一个合速度V。

 [16楼]  作者:llgzcts  发表时间: 2012/02/03 00:19 

对【15楼】说:

周老先生:我是根据您的这两个式子

vi+0j+0k
F=(ma)i+(vdm/dt)i

说的,您认为根据前一个式子得到的后一个式子对吗?

 [17楼]  作者:周宪  发表时间: 2012/02/03 10:41 

当然。你用v=vi+0j+0k代入F,无论你如何求导,j、k的系数不可能不是0.
但是要注意这是v,而不是v0、V。
作为m=γ(V)m0,γ里的V是对于静系的合速度的绝对值,而不是F作用物体后所增加的速度v。

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