Войти в систему

Home
    - Создать дневник
    - Написать в дневник
       - Подробный режим

LJ.Rossia.org
    - Новости сайта
    - Общие настройки
    - Sitemap
    - Оплата
    - ljr-fif

Редактировать...
    - Настройки
    - Список друзей
    - Дневник
    - Картинки
    - Пароль
    - Вид дневника

Сообщества

Настроить S2

Помощь
    - Забыли пароль?
    - FAQ
    - Тех. поддержка



Пишет ПК ([info]p_k) в [info]seminar
@ 2006-09-14 10:04:00


Previous Entry  Add to memories!  Tell a Friend!  Next Entry
Релятивистская подводная лодка
Вроде как из ИТЭФа задачка. Рассмотрим подводную лодку, точно вывешенную отностительно воды. Пусть теперь лодка пришла в движение. Для экипажа лодки, движется окружающая вода, соответственно, она сжимается, ее плотность увеличивается, и лодка должна всплыть. Для окружающих рыб движется и сжимается лодка - соответственно, увеличивается плотность лодки, отчего та начнет тонуть. Вопрос - кто прав, экипаж или рыбы?

Чтобы избежать проблем с обтеканием сложных тел, поставим задачу так - есть два плоских слоя одинаковой среды, находящихся в перпендикулярном слоям однородном гравтационном поле. Давление на границе раздела определяется плотностью среды и толщиной слоя. Пусть теперь верхний слой движется относительно нижнего - нарушится ли равновесие давлений на границе (по тем же причинам, что и с лодкой)?

Я не знаю, как правильно решать задачку, но есть такие соображения. Если рассмотреть тензор энергии импульса однородной изотропной среды, то его zz-компонента (давление на границу раздела) не меняется при преобразовании Лоренца. Значит, в релятивистском случае несправедлив сам закон Архимеда (согласно ему давление должно меняться), и надо разбираться, почему так.


(Читать комментарии) - (Добавить комментарий)


[info]aculeata
2006-09-14 14:55 (ссылка)
С тангенциальными разрывами у Ландау вроде как не все
гладко (из-за того, что он решал двумерную задачу,
а не трехмерную; потом его поправил Сыроватский, а
теперь обсуждают и исправленный вариант). Но это
неважно, ты прав -- просто "поверхности раздела"
в такой системе не станет раньше, чем кто-нибудь
мог бы всплыть.

Тогда, действительно, дурацкий вопрос: а как
сформулировать закон Архимеда в лоренц-инвариантных
терминах? "Вес жидкости в объеме тела" ведь таковым
не является?

(Ответить) (Уровень выше) (Ветвь дискуссии)


[info]p_k
2006-09-14 16:09 (ссылка)
Тогда, действительно, дурацкий вопрос: а как
сформулировать закон Архимеда в лоренц-инвариантных
терминах?


Именно. Можно, конечно, сказать, что "никак", в релятивиствком мире многие идеализации не работают, почему бы и гидростатике не сломаться. Но, может быть, Морозов, который вроде как эту задачу придумал, имел в виду что-то другое.

(Ответить) (Уровень выше) (Ветвь дискуссии)


[info]aculeata
2006-09-14 17:37 (ссылка)
Наверное, это был недостаточно дурацкий вопрос.
Тогда надо усугубить (и это мы можем,
пожалуйста).

Закон Паскаля получают из микроскопического
рассмотрения: хаотически движущиеся частицы
жидкости ударяются о выделенную поверхность
и передают импульс, усредняемый во времени.

1) Событие столковения частицы жидкости со
стенкой лодки/поверхностью раздела регистрируется
равно в обеих системах отсчета; что здесь могло
изменить лоренцево сокращение?

2) Что происходит с изотропностью распределения
импульсов частиц среды при переходе в другую
систему отсчета, нет ли эффектов, связанных с
конечным временем передачи импульса (оно ведь
тоже испытывает "сокращение")?

(Ответить) (Уровень выше) (Ветвь дискуссии)


[info]p_k
2006-09-14 19:19 (ссылка)
Мне кажется, в данном случае лучше сразу рассматривать тензор энергии-импульса - в нем зашифрована вся существенная информация об усредненном движении частиц среды, и если надо, ее потом можно всю извлечь и восстановить рассуждения про частицы. Если я правильно помню этот тензор для текучей среды в покое таков - везде нули, а по диагонали (epsilon, p, p, p). Здесь epsilon=rho*c^2 есть плотность энергии покоя, а p - давление. Чтобы понять, как он меняется при преобразованиях Лоренца, лучше его записать так:

T^{ij} = (epsilon+p)*u^i*u^j + p*g^{ij}

где u - четырехвектор скорости покоящейся среды (то есть (1,0,0,0)). В такой записи его тензорная природа очевидна, и при переходе в движущуюся систему достаточно заменить u на соответствующий четырехвектор скорости системы. Интересующее нас давление дается по прежнему тремя диагональными компонентами тензора энергии-импульса - xx, yy и zz. Если среда движется в направлении x, то изменяется только компонента xx, которая становится равной epsilon*sh^2(phi) + p*ch^2(phi), где phi - соответствующая быстрота; в первом неисчезающем порядке по v/c к этой компоненте давления добавляется rho*v^2, как оно и должно быть. Заметь, что тангенциальные компоненты давления не меняются вообще, ни в каком порядке по скорости.

Теперь, если хочешь, можно пытаться понять эти результаты, разбираясь с отдельными частицами, и имея в виду, что тензор энергии импульса среды проишодит от усреднения его же для отдельных частиц (для каждой из которых он представляет собой дельта-функционное распределение, сосредоточенное на ее мировой линии, с тензорной частью вида P^i*u^j, где P - четырехимпульс, а u - четрырехвектор скорости частицы. При таком подходе провраться трудно, и должно получится то же выражение, что выше.

Что касается твоих вопросов, то ответ таков - да, событий регистрируется одинаковое количество, и импульс переданный в каждом событии такой же. Однако происходят одновременно два изменения - те же события приходятся на меньшую площадь (давление должно быть больше) и они же происходят в течении дольшего времени (давление должно буть меньше), так что в итоге давление будет тем же. А изотропности не будет, xx-компонента же изменится.

Вообще-то у меня все равно пока ясности нет с этим вопросом; я попробую попозже сформулировать парадокс, если получится.

(Ответить) (Уровень выше) (Ветвь дискуссии)


[info]aculeata
2006-09-14 23:22 (ссылка)
В смысле, T^{ij} = (epsilon+p)*u^i*u^j - p*g^{ij}
(если оба сверху?). Какие продвинутые школьники
ходят в ИТЭФ. Хотя, может быть, они сами их так
учат.

>А изотропности не будет, xx-компонента же изменится.

То есть, закон Паскаля в общем случае несправедлив. Да?
Наверное, это и так ясно.
А закон Архимеда справедлив.
Прикольно, ага.

>Вообще-то у меня все равно пока ясности нет с этим
>вопросом; я попробую попозже сформулировать парадокс, если
>получится.

Будем ждать; если сокращение объема и удлиннение времени
друг друга компенсируют, я не понимаю, в чем парадокс.

(Ответить) (Уровень выше) (Ветвь дискуссии)


[info]p_k
2006-09-15 19:55 (ссылка)
Ага, опять знак у сигнатуры перепутал. Вот так и разоблачают дилетантов.

Парадокс вот когда получается. Представь себе однородное гравитационное поле (его удобно моделировать равноускоренно движущеяся по отношению к себе системой отсчета, тогда пространство-время плоское, и можно не заморачиваться с кривизной). Возьмем корыто с плоским дном, на котором лежит кирпич. Рассмотрим две ситуации - кирпич просто лежит, и кирпич скользит без трения от стенки к стенке, каждый раз от них упруто отражаясь. Во втором случае, давление кирпича на единицу площади корыта будет таким же, как и для неподвижного кирпича, однако длина его будет меньше, соответственно вес (то есть, импульс, переданный в одну секунду по часам наблюдателя на корыте) будет меньше в 1/ch(phi) раз. То же самое получится, если посадить наблюдателя на кирпич - для него пройдет за это время пройдет 1/ch(phi) секунды, но давление будет приходится на неизменную площадь, то есть переданный импульс будет таким же, что и для наблюдателя на корыте. Все вроде сходится, и движущийся кирпич должен весить меньше неподвижного. А теперь вопрос - а как это согласуется с E=mc^2? Ведь по этой формуле кирпич должен весит в ch(phi) раз больше, а не меньше неподвижного!

(Ответить) (Уровень выше)


(Читать комментарии) -