Школьное доказательство разрыва релятивисткой нити (и достаточное условие, чтобы разрыв хоть где-то произошел) вне зависимости от того как движутся точки нити, какие волны по ней бегут и т.д.
1. Модель нити
Неподвижную ненапряженную нить моделируем материальными точками, разбивая ее на достаточно большое количество одинаковых "сегментов" ("сегмент" - две соседние мат. точки нити, "длина сегмента" - расстояние между ними).
Пусть длина ненапряженной нити в покое равна 100м, и она "состоит" из n точек (т.е. из
одинаковых сегментов длиной
).
Предел разрыва однородно натянутой нити, считаем растяжение более чем двух раз.
2. Модель и критерий разрыва нити в общем состоянии движения (классический случай! Скорости всех точек нити
).
Пусть в какой-то ИСО нить оказалась в состоянии где все ее точки где-то находятся, и как-то движутся (единственное условие - малые скорости точек - т.е. нерелятивисткий случай)
Если при этом, длина какого-то сегмента нити оказалась увеличенной более чем двух раз (т.е. превышает
) то говорим что в данном сегменте нить "разорвана".
Достаточное условие разрыва нити (классический случай, скорости всех точек нити
):
Пусть расстояние между начала и конца нити относно данной ИСО превышает 200м (предела разрыва однородно натянутой нити в покое).
Сумма длин сегментов нити не меньше чем расстояние между ее начала и конца (т.к. прямая - наикратчайший путь м/у двух точек) Следовательно сумма длин сегментов нити не меньше чем 200м, следовательно длина хотя бы одного из сегментов должна превышать
т.е. нить разорвана хотя бы в одном месте. ЧТД.
Все это (для классического случая) очевидно, но релятивисткий случай использует ту же самую оценку почти без изменений.
3. Критерий разрыва той же нити в общем (релятивистком) состоянии движения (скорости точек нити вплоть до релятивистких).
Пусть относно какой-то ИСО, та же нить оказалась в состоянии где все ее точки где-то находятся, и как-то движутся (пусть с близко-к-релятивисткими скоростями)
Покажем что то же самое условие - если расстояние между начала и конца нити относно данной ИСО превышает 200м (предела разрыва однородно натянутой нити в покое) - является достаточным чтобы заключить что нить должна быть где-то разорвана (во вполне классическом смысле, определенном выше в 2).
Сумма длин сегментов нити (относно данной ИСО) не меньше чем расстояние между ее начала и конца (т.к. прямая - наикратчайший путь м/у двух точек). Следовательно сумма длин сегментов нити (относно данной ИСО) не меньше чем 200м, следовательно длина хотя бы одного из сегментов должна превышать
.
Концы данного "критического" сегмента однако (возможно), движутся с релятивисткими скоростями в данной ИСО. Скорости обоих концов можно считать сколь угодно близкими (из-за непрерывности и т.к. всегда можем подобрать достаточно большое
для разбиения, плюс подразумеваем непрерывное изменение скоростей по протяжению нити).
Так что перейдем к "сопутствующей" данного малого сегмента ИСО1, относно которой скорости обоих его концов гарантировано достаточно малы. В сопутствующей ИСО1 его "собственная" длина однако всегда будет еще больше, чем в исходной ИСО (а она еще в исходной ИСО превышала
). Но относно ИСО1 уже приложимо классическое рассмотрение для данного сегмента, из которого следует что в данном сегменте нить тем более будет разорвана (во вполне классическом смысле, определенном выше).
Итого.
Если для какой-то нити известно, что ее длина в ненапряженном состоянии в покое равна 100м, и пределом ее разрыва (будучи однородно прямолинейно натянутой в покое) является растяжение более чем двух раз.
Пусть теперь та же нить движется как-нибудь в пространстве-времени. Если удастся найти ИСО, относно которой расстояние между ее начала и конца превышает 200м - то из этого обязательно следует что нить где-нибудь должна быть разорванной. Вне зависимости от движения ее точек, их скоростей, где они находятся, какие волны бегут и т.д.