Gosudarstwennyj komitet rossijskoj federacii po wys{emu obrazowani`
Download 2.8 Kb. Pdf ko'rish
|
3.3,
SWQZANY PREOBRAZOWANIEM lORENCA S MATRICEJ S IZ SPECIALXNOJ ORTOHRONNOJ GRUPPY lORENCA SO + (1 ; 3). wYBEREM ODNU IZ TAKIH SISTEM OTS^ETA I RAS - SMOTRIM SWQZANNOE S NEJ RAZLOVENIE (3.1). qSNO e 0 2 T , A LINEJNAQ OBOLO^KA PROSTRANSTWENNYH WEKTOROW e 1 , e 2 , e 3 ZADA - ET V . wYBRAW ORTONORMIROWANNYJ BAZIS e 1 , e 2 , e 3 ZA \TALON PRAWOGO BAZISA W V , WY OSNA]AEM \TO TREHMERNOE PROSTRAN - STWO ORIENTACIEJ . |TO POLNOSTX@ SOGLASUETSQ S TEM FAKTOM , ^TO GEOMETRI^ESKOE PROSTRANSTWO , KOTOROE MY EVEDNEWNO NA - BL@DAEM WOKRUG SEBQ , OSNA]ENO ORIENTACIEJ , POZWOLQ@]EJ RAZLI^ATX LEWOE I PRAWOE . uPRAVNENIE 3.1. pO ANALOGII S OPREDELENIEM 3.3 DAJTE OPREDELENIE KOSOUGOLXNOJ INERCIALXNOJ SISTEMY OTS^ETA . x 4. kINEMATIKA OTNOSITELXNOGO DWIVENIQ . pREOBRAZOWANIQ gALILEQ ISPOLXZU@TSQ W MEHANIKE DLQ OPI - SANIQ FIZI^ESKIH PROCESSOW S TO^KI ZRENIQ DWUH NABL@DA - TELEJ , SWQZANNYH S DWUMQ INERCIALXNYMI SISTEMAMI OTS^ETA . pREOBRAZOWANIQ lORENCA , KOTORYE MY WYWELI IZ USLOWIQ INWA - RIANTNOSTI URAWNENIJ \LEKTRODINAMIKI (2.5), PREDNAZNA^ENY DLQ TOGO VE SAMOGO . oDNAKO , \TO TRUDNO UWIDETX NEPOSREDST - WENNO IZ FORMUL (2.3) I (2.4). pO\TOMU PRIWEDEM IH K WIDU , BOLEE UDOBNOMU DLQ IZU^ENIQ IH FIZI^ESKOJ PRIRODY . fIKSIRUEM DWE INERCIALXNYE SISTEMY OTS^ETA , SWQZANNYE PREOBRAZOWANIEM lORENCA (2.1). pERWOJ SOOTWETSTWUET ORTO - NORMIROWANNYJ PRAWYJ BAZIS e 0 , e 1 , e 2 , e 3 W PROSTRANSTWE mINKOWSKOGO I RAZLOVENIE (3.1), WTOROJ | BAZIS ~ e 0 , ~ e 1 , ~ e 2 , ~ e 3 , I RAZLOVENIE (3.2). eSLI OSI WREMENI T I ~ T PARALLELXNY , TO e 0 = ~ e 0 I LORENCEWSKAQ MATRICA S W (2.3) REDUCIRUETSQ K ORTOGONALXNOJ MATRICE O 2 SO (3), SWQZYWA@]EJ DWA PRO - STRANSTWENNYH ORTONORMIROWANNYH PRAWYH BAZISA e 1 , e 2 , e 3 I 84 glawa III. teoriq otnositelxnosti ~ e 1 , ~ e 2 , ~ e 3 . oNA IMEET SLEDU@]IJ BLO^NO - DIAGONALXNYJ WID : (4.1) S = 0 B B @ 1 0 0 0 0 O 1 1 O 1 2 O 1 3 0 O 2 1 O 2 2 O 2 3 0 O 3 1 O 3 2 O 3 3 1 C C A : tAKIM OBRAZOM , W SLU^AE T k ~ T DWE INERCIALXNYE SISTEMY OTS^ETA OTLI^A@TSQ LI X NAPRAWLENIEM PROSTRANSTWENNYH OSEJ I NE SOWER A@T NIKAKOGO OTNOSITELXNOGO DWIVENIQ . pEREJDEM K SLU^A@ , KOGDA T , ~ T I e 0 6 = ~ e 0 . oBOZNA^IM ^EREZ H LINEJNU@ OBOLO^KU WEKTOROW e 0 I ~ e 0 , A ^EREZ W OBOZNA^IM PERESE^ENIE PODPROSTRANSTW V I ~ V IZ (3.1) I (3.2): H = Span( e 0 ; ~ e 0 ) ; W = V \ ~ V : (4.2) lEMMA 4.1. dWUMERNYE PODPROSTRANSTWA H I W IZ (4.2) ORTOGONALXNY OTNOSITELXNO METRIKI mINKOWSKOGO g . oNI IME - @T NULEWOE PERESE^ENIE : H \ W = f 0 g, A IH PRQMAQ SUMMA ESTX WSE PROSTRANSTWO mINKOWSKOGO : H W = M . dOK-WO. pODPROSTRANSTWO H DWUMERNO KAK LINEJNAQ OBO - LO^KA DWUH NEKOLLINEARNYH WEKTOROW . kAVDOE IZ PODPRO - STRANSTW V I ~ V TREHMERNO , PRI^EM V 6 = ~ V . pO\TOMU IH SUMMA V + ~ V SOWPADAET SO WSEM PROSTRANSTWOM M , OTKUDA dim( V + ~ V ) = 4. iZ TEOREMY O RAZMERNOSTI SUMMY I PERESE^E - NIQ PODPROSTRANSTW ( SM . 4]) POLU^AEM dim( W ) = dim V + dim ~ V ? dim( V + ~ V ) = 3 + 3 ? 4 = 2 : dLQ DOKAZATELXSTWA ORTOGONALXNOSTI PODPROSTRANSTW H I W WOSPOLXZUEMSQ ORTOGONALXNOSTX@ T I V W RAZLOVENII (3.1) I ORTOGONALXNOSTX@ ~ T I ~ V W (3.2). pUSTX y | PROIZWOLXNYJ WEKTOR IZ PODPROSTRANSTWA W , TOGDA y 2 V , I IZ V ? T Cop yRigh t c {ARIPO W r.a., 1997. x 4. kinematika otnositelxnogo dwiveniq . 85 POLU^AEM y ? e 0 . aNALOGI^NYM OBRAZOM IZ y 2 ~ V POLU^AEM y ? ~ e 0 . tEPERX IZ PERPENDIKULQRNOSTI y WEKTORAM e 0 I ~ e 0 WYTEKAET PERPENDIKULQRNOSTX y IH LINEJNOJ OBOLO^KE : y ? H . w SILU PROIZWOLXNOSTI y 2 W IMEEM W ? H . tEPERX DOKAVEM H \ W = f 0 g . rASSMOTRIM PROIZWOLXNYJ WEKTOR x 2 H \ W . iZ x 2 H I x 2 W W SILU UVE DOKAZANNOJ PERPENDIKULQRNOSTI H I W POLU^AEM g ( x ; x ) = 0. nO x 2 W V , A SUVENIE METRIKI mINKOWSKOGO NA PODPROSTRANSTWO V QWLQETSQ ZNAKOOPREDELENNOJ KWADRATI^NOJ FORMOJ SIGNATURY (0 ; 3). pO\TOMU IZ g ( x ; x ) = 0 WYTEKAET x = 0. uTWERVDENIE H \ W = f 0 g DOKAZANO . iZ ZANULENIQ H \ W = f 0 g ZAKL@^AEM , ^TO SUMMA PODPRO - STRANSTW H I W PRQMAQ I dim( H + W ) = 2 + 2 = 4. sLEDOWA - TELXNO , H W = M . lEMMA DOKAZANA . wERNEMSQ TEPERX K RASSMOTRENI@ DWUH INERCIALXNYH SIS - TEM OTS^ETA S BAZISAMI e 0 , e 1 , e 2 , e 3 I ~ e 0 , ~ e 1 , ~ e 2 , ~ e 3 . dLQ WEKTORA ~ e 0 IMEETSQ RAZLOVENIE (3.4), KOTOROE ZAPI EM TAK : (4.3) ~ e 0 = S 0 0 e 0 + v : zDESX v = S 1 0 e 1 + S 2 0 e 2 + S 3 0 e 3 2 V . iZ ORTOHRONNOSTI LOREN - CEWSKOJ MATRICY S I IZ ~ e 0 6 = e 0 IMEEM S 0 0 > 1 ; v 6 = 0 : (4.4) dLQ WSQKOGO ^ISLA a > 1 SU]ESTWUET ^ISLO > 0, TAKOE , ^TO a = ch( ). pRIMENIM \TO K ^ISLU S 0 0 W RAZLOVENII (4.3): (4.5) S 0 0 = ch( ) : iZ (4.3), IZ (4.5) I IZ ORTOGONALXNOSTI WEKTOROW e 0 I v OTNO - SITELXNO METRIKI mINKOWSKOGO POLU^AEM 1 = g (~ e 0 ; ~ e 0 ) = ( S 0 0 ) 2 g ( e 0 ; e 0 ) + g ( v ; v ) = ch 2 ( ) ? j v j 2 : 86 glawa III. teoriq otnositelxnosti iZ WYPISANNOGO RAWENSTWA DLQ EWKLIDOWOJ DLINY WEKTORA v IZ PODPROSTRANSTWA V NAHODIM (4.6) j v j = sh( ) ; GDE > 0 : zAMENIM WEKTOR v WEKTOROM EDINI^NOJ DLINY h 1 = v = j v j I PEREPI EM SOOTNO ENIE (4.3) W WIDE (4.7) ~ e 0 = ch( ) e 0 + sh( ) h 1 : iZ (4.7) WIDIM , ^TO h 1 ESTX LINEJNAQ KOMBINACIQ WEKTOROW e 0 I ~ e 0 , T . E . h 1 2 H . nO , KROME TOGO , h 1 2 V , PO\TOMU h 1 2 V \ H . wEKTORA e 0 I h 1 ORTOGONALXNY , ONI SOSTAWLQ@T ORTONORMIROWANNYJ BAZIS W PROSTRANSTWE H : g ( e 0 ; e 0 ) = 1 ; g ( h 1 ; h 1 ) = ? 1 : (4.8) iZ (4.8) NEMEDLENNO SLEDUET , ^TO SUVENIE METRIKI mINKOWSKO - GO NA PODPROSTRANSTWO H IMEET SIGNATURU (1 ; 1). rASSMOTRIM E]E ODIN WEKTOR IZ PODPROSTRANSTWA H . oPRE - DELIM EGO SLEDU@]IM SOOTNO ENIEM : (4.9) ~ h 1 = sh( ) e 0 + ch( ) h 1 : nETRUDNO PROWERITX , ^TO WEKTORA ~ e 0 I ~ h 1 SOSTAWLQ@T E]E ODIN ORTONORMIROWANNYJ BAZIS W PODPROSTRANSTWE H . mATRICA PEREHODA , SWQZYWA@]AQ \TI DWA BAZISA , IMEET WID (4.10) S L = ch( ) sh( ) sh( ) ch( ) ! : mATRICA (4.10) NAZYWAETSQ MATRICEJ LORENCEWSKOGO POWOROTA ILI LORENCEWSKOGO BUSTA . x 4. kinematika otnositelxnogo dwiveniq . 87 iMEETSQ ^ETYREHMERNYJ WARIANT MATRICY (4.10). dEJST - WITELXNO , WEKTOR h 1 2 V PERPENDIKULQREN PODPROSTRANSTWU W V , PO\TOMU IMEET MESTO RAZLOVENIE V = Span( h 1 ) W: wYBEREM WEKTORA h 2 I h 3 , TAK , ^TOBY ONI OBRAZOWYWALI OR - TONORMIROWANNYJ BAZIS W PODPROSTRANSTWE W I DOPOLNQLI WEKTOR h 1 DO ORTONORMIROWANNOGO PRAWOGO BAZISA W V . tOGDA ^ETWERKA WEKTOROW e 0 , h 1 , h 2 h 3 SOSTAWLQET ORTONORMIROWAN - NYJ PRAWYJ BAZIS W M S WEKTOROM WREMENI e 0 , NAPRAWLENNYM W BUDU]EE . mATRICA , SWQZYWA@]AQ \TOT BAZIS S BAZISOM ~ e 0 , ~ h 1 , h 2 h 3 , IMEET SLEDU@]IJ WID : (4.11) S L = 0 B B B B B B @ ch( ) sh( ) 0 0 sh( ) ch( ) 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 C C C C C C A : pEREHOD IZ BAZISA e 0 , e 1 , e 2 e 3 W BAZIS e 0 , h 1 , h 2 h 3 OSU - ]ESTWLQETSQ MATRICEJ WIDA (4.1). |TO WYTEKAET IZ FAKTA SOWPADENIQ WEKTOROW WREMENI e 0 = e 0 . tO^NO TAK VE PEREHOD IZ BAZISA ~ e 0 , ~ h 1 , h 2 h 3 W BAZIS ~ e 0 , ~ e 1 , ~ e 2 ~ e 3 ZADAETSQ MATRICEJ WIDA (4.1). pOLNU@ VE ZAMENU BAZISA e 0 , e 1 , e 2 e 3 NA BAZIS ~ e 0 , ~ e 1 , ~ e 2 ~ e 3 MOVNO WYPOLNITX W TRI \TAPA . tEOREMA 4.1. wSQKAQ LORENCEWSKAQ MATRICA S 2 SO + (1 ; 3) ESTX PROIZWEDENIE TREH MATRIC S = S 1 S L S 2 , ODNA IZ KOTORYH S L | \TO MATRICA LORENCEWSKOGO POWOROTA (4.11) , A DWE DRUGIE S 1 I S 2 | MATRICY WIDA (4.1) . dLQ WYQSNENIQ FIZI^ESKOGO SMYSLA PREOBRAZOWANIJ lOREN - CA RASSMOTRIM SNA^ALA PREOBRAZOWANIE S MATRICEJ WIDA (4.11). pUSTX ct = r 0 , r 1 , r 2 , r 3 | KOORDINATY NEKOTOROGO WEKTORA 88 glawa III. teoriq otnositelxnosti r 2 M W BAZISE e 0 , h 1 , h 2 , h 3 . ~EREZ c ~ t = ~ r 0 , ~ r 1 , ~ r 2 , ~ r 3 OBO - ZNA^IM KOORDINATY TOGO VE WEKTORA W BAZISE ~ e 0 , ~ h 1 , h 2 h 3 . fORMULA (2.3) W SLU^AE MATRICY S WIDA (4.11) PRIWODIT K SLEDU@]IM SOOTNO ENIQM : (4.12) t = ch( )~ t + sh( ) c ~ r 1 ; r 1 = sh( ) c ~ t + ch( ) ~ r 1 ; r 2 = ~ r 2 ; r 3 = ~ r 3 : pUSTX ~ r 1 , ~ r 2 , ~ r 3 | KOORDINATY RADIUS - WEKTORA NEKOTOROJ TO^ - KI A , KOTORAQ NEPODWIVNA W INERCIALXNOJ SISTEME OTS^ETA S BAZISOM ~ e 1 , ~ e 2 , ~ e 3 . tOGDA ~ r 1 , ~ r 2 , ~ r 3 | \TO KONSTANTY , NE ZAWISQ]IE OT WREMENI ~ t W \TOJ SISTEME OTS^ETA . pOSLE PE - RES^ETA KOORDINAT TO^KI A W DRUGU@ INERCIALXNU@ SISTEMU OTS^ETA , EE KOORDINATA r 1 OKAZYWAETSQ FUNKCIEJ PARAMETRA ~ t . iSPOLXZUEM PERWOE SOOTNO ENIE (4.12) DLQ TOGO , ^TOBY WYRAZITX PARAMETR ~ t ^EREZ PARAMETR t : (4.13) ~ t = t ch( ) ? th( ) c ~ r 1 : pODSTANOWKA (4.13) W OSTAW IESQ TRI FORMULY (4.12) DAET (4.14) r 1 = r 1 ( t ) = c th( ) t + const ; r 2 = r 2 ( t ) = const ; r 3 = r 3 ( t ) = const : iZ (4.14) WIDIM , ^TO W \TOJ SISTEME OTS^ETA TO^KA A DWIVETSQ S POSTOQNNOJ SKOROSTX@ u = c th( ) W NAPRAWLENII PERWOJ KOORDINATNOJ OSI . x 4. kinematika otnositelxnogo dwiveniq . 89 w OTLI^IE OT PARAMETRA W MATRICE (4.11), PARAMETR u IMEET QSNU@ FIZI^ESKU@ INTERPRETACI@ KAK WELI^INA OTNO - SITELXNOJ SKOROSTI ODNOJ SISTEMY KOORDINAT OTNOSITELXNO DRUGOJ . wYRAZIM KOMPONENTY MATRICY (4.11) ^EREZ u : ch( ) = 1 r 1 ? u 2 c 2 ; sh( ) = u c 1 r 1 ? u 2 c 2 : pODSTAWIW \TI FORMULY W (4.12), POLU^AEM t = ~ t + u c 2 ~ r 1 r 1 ? u 2 c 2 ; r 1 = u ~ t + ~ r 1 r 1 ? u 2 c 2 ; (4.15) r 2 = ~ r 2 ; r 3 = ~ r 3 : oBOZNA^IM NA WREMQ ^EREZ r I ~ r SLEDU@]IE TREHMERNYE WEKTORA IZ PODPROSTRANSTW V I ~ V : (4.16) r = r 1 h 1 + r 2 h 2 + r 3 h 3 ; ~ r = ~ r 1 ~ h 1 + ~ r 2 h 2 + ~ r 3 h 3 : oPREDELIM TAKVE LINEJNOE OTOBRAVENIE : V ! ~ V , ZADAW EGO DEJSTWIE NA BAZISNYE WEKTORA : ( h 1 ) = ~ h 1 ; ( h 2 ) = h 2 ; ( h 3 ) = h 3 : oTOBRAVENIE QWLQETSQ IZOMETRIEJ , SOHRANQ@]EJ ORIENTA - CI@ , TAK KAK ONO PEREWODIT ORTONORMIROWANNYJ PRAWYJ BAZIS 90 glawa III. teoriq otnositelxnosti IZ V W TAKOJ VE ORTONORMIROWANNYJ PRAWYJ BAZIS W PRO - STRANSTWE ~ V . iSPOLXZUQ WWEDENNYE OBOZNA^ENIQ FORMULY , PREOBRAZOWANIQ (4.15) MOVNO ZAPISATX W WEKTORNOM WIDE : (4.17) t = ~ t + u ; ~ r c 2 r 1 ? j u j 2 c 2 ; r = u ~ t + u ; ~ r j u j 2 u r 1 ? j u j 2 c 2 + ~ r ? u ; ~ r j u j 2 u : zDESX u = u h 1 | WEKTOR SKOROSTI WTOROJ SISTEMY OTS^ETA OTNOSITELXNOJ PERWOJ . fORMULY (4.17) NE ^UWSTWITELXNY K WYBORU BAZISOW W PROSTRANSTWAH V I ~ V . pO\TOMU ONI PRIGOD - NY KAK DLQ OPISANIQ PREOBRAZOWANIJ lORENCA SO SPECIALXNOJ MATRICEJ (4.11), TAK I DLQ OPISANIQ PROIZWOLXNYH PREOBRAZO - WANIJ lORENCA S MATRICEJ S = S 1 S L S 2 ( SM . TEOREMU 4.1). ~ASTO ZNAK OTOBRAVENIQ , OSU]ESTWLQ@]EGO IZOMORFIZM PODPROSTRANSTW V I ~ V , W FORMULAH (4.17) OPUSKA@T : (4.18) t = ~ t + u ; ~ r c 2 r 1 ? j u j 2 c 2 ; r = u ~ t + u ; ~ r j u j 2 u r 1 ? j u j 2 c 2 + ~ r ? u ; ~ r j u j 2 u : fORMULY (4.18) SOOTWETSTWU@T \ USLOWNO TREHMERNOMU " PONI - MANI@ PREOBRAZOWANIJ lORENCA , KOGDA WEKTORA r I ~ r S^ITA - x 5. relqtiwistskij zakon sloveniq skorostej . 91 @TSQ PRINADLEVA]IMI ODNOMU I TOMU VE TREHMERNOMU EW - KLIDOWOMU PROSTRANSTWU , A WELI^INY t I ~ t TRAKTU@TSQ KAK SKALQRNYE PARAMETRY . oDNAKO , SOGLASNO UTWERDIW IMSQ NA NASTOQ]IJ MOMENT PREDSTAWLENIQM , ^ETYREHMERNOE PROSTRAN - STWO mINKOWSKOGO ESTX FIZI^ESKAQ REALXNOSTX , A NE PROSTO MATEMATI^ESKAQ ABSTRAKCIQ , UDOBNAQ DLQ SOKRA]ENNOJ ZAPISI FORMUL ( SR . (2.3) I (4.17)). pRI ZAPISI (4.17) I (4.18) W KOMPONENTAH MY DOLVNY RASKLADYWATX WEKTORA r I u PO BA - ZISU ODNOJ SISTEMY OTS^ETA , A WEKTOR ~ r | PO BAZISU DRUGOJ SISTEMY OTS^ETA . pRI \TOM RAZNICA W ZAPISI MEVDU \TIMI FORMULAMI POLNOSTX@ IS^EZAET . uPRAVNENIE 4.1. iSPOLXZUQ RAZLOVENIQ (4.16) DLQ WEKTO - ROW r I ~ r , WYWEDITE SLEDU@]IE FORMULY : ~ r 1 = u ; ~ r j u j ; ~ r 2 h 2 + ~ r 3 h 3 = ~ r ? u ; ~ r j u j 2 u : sOEDINIW \TI FORMULY S (4.15) , WYWEDITE SOOTNO ENIQ (4.17) . x 5. rELQTIWISTSKIJ ZAKON SLOVENIQ SKOROSTEJ . pERWYM SLEDSTWIEM , KOTOROE MY POLU^ILI IZ PREOBRAZOWA - NIJ gALILEQ , BYL KLASSI^ESKIJ ZAKON SLOVENIQ SKOROSTEJ : (5.1) v = ~ v + u ; SM . FORMULY (1.2). zAMENIW PREOBRAZOWANIQ gALILEQ PRE - OBRAZOWANIQMI lORENCA , MY DOLVNY TEPERX WYWESTI NOWYJ RELQTIWISTSKIJ ZAKON SLOVENIQ SKOROSTEJ . tERMIN \ RELQ - TIWISTSKIJ " PROISHODIT OT ANGLIJSKOGO SLOWA \relative", ^TO ZNA^IT \ OTNOSITELXNYJ ". iM OBY^NO OBOZNA^A@T WSE , ^TO KASAETSQ TEORII OTNOSITELXNOSTI . pUSTX WEKTOR - FUNKCIQ ~ r (~ t ) OPISYWAET DWIVENIE TO^KI A W INERCIALXNOJ SISTEME OTS^ETA (~ r ; ~ t ) I PUSTX \TA SISTEMA OT - Cop yRigh t Download 2.8 Kb. Do'stlaringiz bilan baham: |
Ma'lumotlar bazasi mualliflik huquqi bilan himoyalangan ©fayllar.org 2024
ma'muriyatiga murojaat qiling
ma'muriyatiga murojaat qiling