2019-11-05
Связь глобальных векторов импульса и силы с энергией
Давайте для начала запишем глобальный вектор скорости (GVV) в таком виде
\[\mathbf{V} = \frac{c}{\gamma} \sum \limits_{n=0}^{\infty} \mathbf{j_n} \beta^n, \quad \beta = v/c \qquad (2.1)\]
и, проинтегрировав его по времени, найдём глобальный вектор длины (GVL):
\[\mathbf{L} = c \int \frac{1}{\gamma} \sum \limits_{n=0}^{\infty} \mathbf{j_n} \beta^n\, \Bbb{d}t \qquad (2.2)\]
При этом мы подразумеваем, что в общем случае скорость \(v\) зависит от времени, следовательно: \(\beta = \beta(t)\).
Теперь возьмём вектор глобальный силы (GVF) отсюда и перепишем его в таком виде:
\[\mathbf{F} = m_0 c \beta^{'} \sum \limits_{n=0}^{\infty} \mathbf{j_n} n\beta^{(n-1)} \qquad (2.3)\]
где: \(\beta^{'} = \Bbb{d}\beta / \Bbb{d}t\).
Для того, чтобы найти работу (энергию), согласно классических представлений, необходимо проинтегрировать силу по приращению пути:
\[E = \int \mathbf{F} \,\Bbb{d} \mathbf{L} \qquad (2.4)\]
Преобразовывая подитегральное выражение мы получим:
\[E = \int \mathbf{F}\cdot \mathbf{V} \,\Bbb{d}t \qquad (2.5)\]
Далее, подставляем туда формулы (2.1) и (2.3):
\[E = m_0 c^2 \int \frac{\beta^{'}}{\gamma} \sum \limits_{n=0}^{\infty} \mathbf{j_n} n\beta^{(n-1)} \sum \limits_{n=0}^{\infty} \mathbf{j_n} \beta^n \,\Bbb{d}t \qquad (2.6)\]
Скалярно перемножая эти суммы в подынтегральном выражении мы получим:
\[E = m_0 c^2 \int \frac{\beta}{\gamma} \sum \limits_{n=0}^{\infty} n \beta^{2(n-1)} \,\Bbb{d}\beta \qquad (2.7)\]
Сумма степенного ряда находится так:
\[\sum \limits_{n=0}^{\infty} n x^{2(n-1)} = {1 \over (1 - x^2)^2} \qquad (2.8)\]
Делая подстановку в подынтегральном выражении, и подставляя туда сумму ряда, мы получаем окончательный интеграл:
\[E = {m_0 c^2 \over 2} \int {\Bbb{d}\beta^2 \over (1 - \beta^2)^{3/2}} \qquad (2.9)\]
Взяв этот интеграл, мы найдём, что:
\[E = m_0 c^2 \gamma = m c^2 \qquad (2.10)\]
Эта формула полностью соответствует полученной в этом разделе.
Связываем импульс, силу и энергию
Соберём полученные формулы в единый ряд:
\[E = \mathbf{P}\cdot \mathbf{V} = \int \mathbf{V} \,\Bbb{d}\mathbf{P} = \int \mathbf{F} \,\Bbb{d} \mathbf{L} = m c^2 \qquad (2.11)\]
Напомним только, что глобальный вектор импульса \(\mathbf{P}\), и связанные с ним формулы, мы взяли отсюда.
Используемые материалы
- Википедия. Эквивалентность массы и энергии.