Чтобы было удобнее рисовать рисунки и писать формулы, рассмотрим в ИСО-с-ноликом (
не бесконечно малый элемент объёма, а ящик с конечным объёмом
где
- длина ребра, параллельного х-оси,
- ширина вдоль y-оси,
- высота вдоль z-оси. При преобразованиях Лоренца (ПЛ) вдоль х-оси не будут меняться поперечные размеры
ящика и координаты
любых точек, поэтому за ними дальше не следим. Объём
ящика преобразуется как его длина
Формулы преобразования длины (и тем самым объёма) ящика выведем с помощью формул ПЛ.
0. Пусть
в ИСО-с-ноликом ящик всё время покоится. Ниже на рисунке его положение в момент времени
показано чёрным жирным отрезком длиной
Концы отрезка обозначены как мировые точки
и
Чтобы не плодилось много букв, обозначаю мировые точки так же, как значения их х-координаты в заранее указанной системе отсчёта.
Для наглядности на ребре ящика нанесены риски с метками 0, 1, 2, 3, 4. Мировые линии этих рисок на этом рисунке и на следующих рисунках изображены синими линиями.
Мировая точка
принята за начало отсчёта, её 4-координаты равны нулю во всех обсуждаемых здесь системах отсчёта. Координаты мировой точки
в ИСО-с-ноликом есть
и
- это собственная длина х-ребра ящика, она же - длина отрезка
на рисунке.
На рисунках в численном примере указано значение
и рассматриваются два ПЛ в другие системы отсчёта со скоростями
(как в примере с тест-вопросом в предыдущем сообщении). Этих данных достаточно для численной проверки рисунков; поэтому численные подсчёты координат мировых точек по формулам ПЛ не выписываю.
1. Пусть
в ИСО-просто (
тот же ящик вместе с ИСО-с-ноликом выглядит движущимся вдоль х-оси со скоростью
Вот картина при положительном значении
Положение ящика на х-оси в ИСО-просто в момент времени
изображается отрезком
Нам надо найти его длину
Видно, что для этого достаточно из координаты
вычесть расстояние
где
и
это координаты мировой точки
в новой системе отсчёта, т.е. в ИСО-просто.
Если задана скорость новой ИСО, измеренная в старой ИСО, то в формулы ПЛ для новых координат эта скорость входит со знаком минус. У нас же задана скорость
старой системы отсчёта, измеренная в новой (в ИСО-просто). Ясно что при этом (и с условием, что направления пространственных осей обеих систем одинаковы) скорость новой ИСО, измеренная в старой (в ИСО-с-ноликом) есть
и поэтому в формулы ПЛ она у нас входит как
Таким образом:
Другими словами: ящик объёмом
покоящийся в ИСО-с-ноликом, движется в ИСО-просто со скоростью
При этом измеряемый в ИСО-просто его объём
есть
Определение объёма
основано на измерении х-координат обоих концов х-ребра ящика в один и тот же момент времени
Кажущееся удивительным с бытовой точки зрения "лоренцево сокращение длины", т.е. несовпадение
с
(и, как следствие, различие
и
объясняется, как видим, тем, что из-за относительности одновременности велич
ины
и
оказываются длинами двух
разных отрезков в пространстве-времени.
2. Пусть
в ИСО-штрих (
ИСО-просто (
выглядит движущейся вдоль х-оси со скоростью
Вот картина при положительном значении
По формулам ПЛ штрихованные координаты точки
есть
Чтобы найти длину
ящика, измеренную в ИСО-штрих, как видно, достаточно из координаты
вычесть расстояние
где, однако, скорость
это не скорость
ИСО-просто в ИСО-штрих, а скорость ящика в ИСО-штрих:
Таким образом:
Другими словами: ящик объёмом
движущийся в ИСО-просто со скоростью
движется в ИСО-щтрих со скоростью
где
- скорость ИСО-просто, и при этом измеряемый в ИСО-штрих объём
этого ящика есть
Речь здесь идёт о движениях, параллельных одному и тому же направлению;
и
- значения скоростей со знаком.
(ТС не дал ответа на тестовый вопрос из предыдущего сообщения. Приведённые пояснения с рисунками, думаю, делают ответ очевидным: если элемент объёма
считать движущимся в ИСО-с-ноликом, то все предложенные в тест-вопросе варианты неправильные; если
покоится в ИСО-с-ноликом, то правильный результат: