The solution before revision #20819 of , by emixter. This is not the current version.

Условие

14.3.27.
Когда-нибудь в космическом пространстве будут создаваться гигантские накопители электромагнитной энергии. Один из вариантов такого накопителя -- магнитоэлектрический плоский конденстаор, в котором разноименные электрические заряды, расположенные на пластинках, создают жлектрическое пооле напряженности , а циркулярный ток сверхпроводящей подложки (изолированный от пластин) создает магнитное поле индукции , равный по величине (в системе СГС) . В таком конденсаторе магнитное поле, расталкивающее пластины, будет равно электрическому давлению, притягивающему пластины, и в целом коденсатор будет находиться в равновесии. Поэтому можно создать такие накопители очень больших размеров, так как они не требуют дополнительного крепежа. Докажите, что равновесие в накопителе не изменится при их движении как вдоль, так и поперек пластин.

statement.svg
statement.svg

Решение

Введем оси: -- направление от одной пластины к другой (вдоль ), -- вертикальное направление в плоскости пластин (вдоль токов ), -- направление "из страниц" (вдоль ).

Электрическое поле создает натяжение вдоль линий поля -- притяжение пластин с давлением

магнитное поле, перпендикулярное , создает давление, расталкивающее пластины:

Результирующее "расталкивающее минус стягивающее" давление на пластину:
таккак
Это и есть равновесие в системе отсчёта, где накопитель покоится.

Пусть в собственной системе отсчёта накопителя () суммарная жлектромагнитная сила, действующая на элемент пластины, равна нулю:

При переходе в любую другую инерциальную систему , движущуюся относительно со скоростью , сила преобразуется линейно и однорродно:

Так как правые части равны нулю, то и -- в любой системе отсчета, при любом направлении скорости движения накопителя как целого. Это уже доказывает утверждение задачи в общем виде: равновесие, отсутствующее "на пустом месте", не может возникнуть просто оттого, что мы придали системе скорость (или перешли в другую ИСО).
Дальше -- явная проверка полей, чтобы увидеть, как именно это происходит.
Движение вдоль пластин.

а) сокрость вдоль

Так как

Проверяем инвариантность: тесохраняется
Подставляя в компоненты тензора натяжений Максвелла и сдвиговые получаем:

Давление на пластины ( и все перекосы) строго нулевые -- равновесие сохраняется без каких-либо оговорок.

б) скорость вдоль тока
Здесь и , и целиком перпендикулярны , а вычисление даёт:

т.е. поля умножаются на один и тот же релятивистский допплер-множитель - .
Равенство сохраняется точно, напраления полей не меняются -- снова

Движение поперек пластин (, вдоль Е )

Здесь

Инвариант по-прежнему даёт (легко прроверить), но геометрия усложняется: у появляется составляющая вдоль пластин. Если формально подставить эти поля в статическую формулу тензора натяжений, получится кажущийся ненулевой избыток

Это не ошибка равновесия, а признак того, что при движении поперек пластин сами токовые и зарядовые слои пробегают пространство в направлении х -- поле в фиксированной точке перестает быть строго станционарным (границы внутри/снаружи конденстаор движутся).
Поэтому к статическому балансу натяжений нужно добавлять поток электромагнитного импульса / / ), сосредоточенный как раз на движущихся пластинах. Этот вклад в точности компенсирует кажущийся избыток -- иначе противоречил бы общему аргументу выше (сила, равная нулю в собственной системе, преобразуется однородно и остется нулевой).

Вывод:
Поскольку в собственной системе отсчёта накопителя суммарная сила на каждую пластину равна нулю (это и есть данное в условии равенство
E=B), а сила преобразуется линейно и однородно при переходе в любую другую инерциальную систему, равновесие накопителя не может нарушиться ни при движении вдоль пластин (это подтверждается прямым пересчётом полей — балансировка сохраняется покомпонентно и без каких-либо дополнительных членов), ни при движении поперёк пластин (здесь баланс сохраняется за счёт потока электромагнитного импульса, связанного с перемещением самих заряд-токовых слоёв, что согласуется с общим релятивистским принципом). Таким образом, дополнительного крепежа не требуется ни в покое, ни при любом равномерном движении накопителя как целого.

Ответ

Равновесие сохраняется при любом равномерном движении накопителя — как вдоль, так и поперёк пластин.