Trigemina hat geschrieben:
Faber hat geschrieben:
Schauen Sie sich mal das Ehrenfest-Paper an. Das ist ganz kurz. Er sagt nur kurz, dass das mit Radius und Umfang euklidisch nicht hinhaut. Die gesamten in der Wikipedia zusammengefassten Aussagen der Fachleute zum Ehrenfest-Paradoxon basieren auf der Idee `Körper werden in Bewegungsrichtung kontrahiert'. Diese Idee hat aber niemand bewiesen. Sie gilt für den unbeschleunigten Fall. Was für den beschleunigten Fall gilt, das haben wohl allein Weinstein, Phipps und andere herausgefunden. Weil deren Ergebnis grotesk ist (kumulative Effekte), fingen die Relativisten an, von Rigidität, nicht-euklidischer Metrik und dergleichen zu reden. Sprich: Die Relativisten weichen dem Thema einfach aus. Der Ehrenfest-Artikel in der Wikipedia zeigt das deutlich. Man vermischt fleißig ART und SRT.
Auf einer mit gleichförmiger Drehzahl rotierenden Scheibe nehmen die Umfangsgeschwindigkeiten von innen (der Drehachse) nach aussen (zum Rand hin) zu. Dies führt zu verschiedenen Umfangsgeschwindigkeiten v(r) in Abhängigkeit zum Radius. Nach meinem Dafürhalten lassen sich diese nicht mehr mit einer euklidischen Metrik behandeln. Ich lasse mich jedoch gerne eines Besseren belehren.
"Nicht mehr mit einer euklidischen Metrik behandeln" bedeutet nichts anderes als "Nicht im Rahmen der SRT behandeln". Es stellte sich auch die Frage, für genau was für Bewegungen ausgedehnter Körper das gelten soll, dass sie nicht behandelbar seien.
Ich denke aber, dass sich alle Bewegungen behandeln lassen, denn jede beliebige Bewegung kann als kurzfristig gleichförmig geradlinig angesehen werden. In jedem infinitesimalen Zeitintervall kann man die Ruhegeometrie des Körpers aus seinem Ruhesystem per Lorentztransformation (bei |v| < c) ins Zielsystem transformieren. Dazu zerlegt man den Körper in infinitesimale Volumenelemente und behandelt diese separat, da i.a. jedes Volumenelement ein anderes Ruhesystem hat.
Dabei gibt man die Geschwindigkeiten aller Volumenelemente gesondert vor. Bei einer Rotation in der x,y-Ebene um den Ursprung für eines der Volumenelemente etwa:
x'(t) = -rω sinωt
y'(t) = rω cosωt
Die oben beschriebene und weiter vorne im Strang genauer beschriebene Transformation der Ruhegeometrie liefert die Trajektorien der Volumenelemente. Genau genommen zeigt die Animation auch nur die Bewegung ein paar ausgewählter Massepunkte des Körpers. Aber sie garantiert die korrekte Kontraktion zwischen denselben in jede Richtung. Das erste Bild im Eingangsbeitrag zeigt im dritten Teilbild E die Scherung des in x- und y-Richtung bewegten Körpers, die nicht etwa erst im vierten Teilbild E' auftritt, wo das Inertialsystem alleine in x-Richtung relativ zu E bewegt ist. Im dritten Teilbild E sehen wir eine Kontraktion in x-Richtung sowie eine Kontraktion in y-Richtung. Der in 45°-Richtung bewegte Körper ist sowohl in x-Richtung als auch in y-Richtung auf 75% seiner Länge geschrumpft. Seine Geschwindigkeit beträgt nicht 0,661c, was den 75% entspricht, sondern 0,661c sqrt(2) = 0,935c. Zur bloßen Kontraktion kommt aber eine Scherung hinzu. Das liegt daran, dass die Kontraktion eines um 45° gedrehten Rechtecks, das in x-Richtung bewegt ist, zu einer Scherung des Rechtecks führt. Es zeigt, dass die Software Kontraktionen nicht nur jeweils in x- und y-Richtung korrekt darstellt.
Für die oben angebenene Geschwindigkeit eines Volumenelementes eines rotierenden Rades muss die Lösung ja aber auch direkt aus diesen Formeln abgeleitet werden können, so dass auch ein mathematischer `Erkenntnis-Nährwert' resultiert. Im nicht-relativistischen Fall erhält man die Trajektorie des Volumenelementes durch Integration von 0 bis t:
x(t) = ∫ x'(τ) dτ + C1
y(t) = ∫ y'(τ) dτ + C2
Sie haben nun mit Ihrer Rechnung darauf hingewiesen, dass im relativistischen Fall v + dv relativistisch addiert werden muss. Die Integration hier, die infinitesimale Wegstrecken x'(τ) dτ sowie y'(τ) dτ summiert, bedarf die auch einer relativistischen Korrektur? Es werden hier allerdings keine Geschwindigkeiten sondern Weglängen addiert. Schreibt man die Sache dasselbe meinend so,
x(t) = C1 + ∫dτ x'(τ)
y(t) = C2 + ∫dτ y'(τ)
dann drängt sich der Eindruck auf, dass doch Geschwindigkeiten addiert werden. Betrachtet man endliche Zeitintervalle, schreibt die Sache als Summe und setzt dann den Grenzwert Δτ gegen 0 davor, dann summiert man bei konstantem, endlichem Δτ explizit Geschwindigkeiten. Angenommen, bei der Integration müsse der Gammafaktor oder ein verwandter Term eingesetzt werden, dann könnten sich allerlei Effekte ergeben.
Ob dieser Gedanke in die Irre geht oder vielleicht in die richtige Richtung weist, das weiß ich leider (hoffentlich noch) nicht.
Gruß
Faber