Citat:
Ursprungligen postat av
nerdnerd
Trollet, nu använder du ju inte LTF. Enligt dessa måste man addera hastigheter på ett annat sätt. Det som komplicerar saken är tidsdilatation och längdkontraktion som ju ingår i LTF. Den korrekta formeln samt dess härledning ges här:
https://en.wikipedia.org/wiki/Velocity-addition_formula#Special_relativity
I ditt exempel får vi då att observatör 3 rör sig med hastigheten (0.5+0.5)/(1+0.5•0.5)=0.8c relativt observatör 1. Och obs 4 rör sig med (0.8+0.5)/(1+0.8•0.5)=0.9286c relativt obs 1. Räkna själv med formeln i länken.
Fast enklaste sättet för att räkna med en lång sån här kedja är att använda hyperboliska funktioner. Låt tanh(χ)=Δv/c där Δv är den relativa hastigheten mellan två närliggande observatörer, dvs 0.5c i ditt exempel. Hastigheten för observatör n relativt obs 1 ges då av
vₙ = c tanh((n-1)χ)
vilket för n=2,3,4,5,6 ger hastigheterna
0.5c, 0.8c, 0.9286c, 0.9756c, 0.9918c
relativt obs 1.
När n ökar mot ∞ går vₙ väldigt snabbt mot c men når aldrig över.
Frågor på det? Läs länken. Inse att du inte kan något men att nog även du kan lära dig om du verkligen vill. Lycka till.
χ i formeln v=c tanh(χ) kallas för
rapiditet och
den är faktiskt linjär, iaf för additioner av hastigheter i samma riktning. Dvs om vi bara vet vilken rapiditet varje observatör har jmf med föregående (alla dessa rapiditeter kan vara olika), så ges den sista rapiditet relativt den första observatören helt enkelt av summan av alla rapiditeter. Och vill man sen veta hastigheten så är det bara ta tanh(summan)•c. Detta kan aldrig bli mer än c oavsett hur många steg vi har. Tanh(x) < 1 och har 1 bara som gränsvärde då x→∞.
Med ett ganska enkelt resonemang leder detta även till en ganska enkel formel för en konstant accelererad hastighet:
v = c tanh(a τ/c)
där τ är tiden som den mäts av farkosten själv (dvs den s k
egentiden). Det är då alltså rapiditeten som ökar linjärt med egentiden.
Avståndet x från startpunkten ges då av
x = c²/a (cosh(aτ/c) - 1)
och den tid som har gått vid startpunkten (dvs för den tvilling som stannar kvar...) ges av
t = c/a sinh(aτ/c)
Just detta är de fantasieggande formlerna som visar hur långt bort man teoretiskt skulle kunna nå i universum under en livstid (och hur lång tid det skulle ta hemma på jorden) om man kan accelerera med t ex tyngdaccelerationen a=g≈10 m/s².
Fyrhastighetens komponenter ges av
dx/dτ = c sinh(aτ/c)
dt/dτ = cosh(aτ/c)
så att
(c dt/dτ)² - (dx/dτ)² = c²
som det måste vara. Vidare verifierar vi att
dx/dt = (dx/dτ)/(dt/dτ) = c tanh(aτ/c)