Решение на момент правки #17995 от , автор emixter. Это не текущая версия.

Условие

14.1.14∗. Лодочник под мостом уронил в воду багор. Через время , находясь на расстоянии от моста, он обнаружил потерю и, повернув назад, догнал багор на расстоянии от моста. Время и расстояния приведены в системе «берег». Какова скорость реки? Получите релятивистский ответ и из него нерелятивистское приближение.

К задаче $14.1.14$
К задаче

Решение

ЭпиграфКаждыенайденныебагрысчастливыодинаковоакаждыйпотерянныйбагорнесчастенпосвоему (Перефразировка классика)

Пусть - собственная скорость лодки относительно воды, а - скорость реки относительно берега. В системе отсчёта "берег" скорость лодки по течению и против течения определяются релятивистской формулой сложения скоростей:


Скорость багра в системе "берега" равна скорости реки .

Лодочник упустил багор под мостом с пространственно-временной координатой . Через время по часам "берега" лодка оказалась на расстоянии :

Лодочник разворачивается и догоняет багор на расстоянии от моста. Пусть - время движения лодки назад до момента встречи с багром. Багор за время разлуки с лодочником преодолеет расстояние:

Отсюда:

Расстояние, которое прошла лодка назад:

Итак, мы получили систему из двух уравнений (1) и (2) с двумя неизвестными и . Из-за скучности и громоздкости алгебраических преобразований я их буду опускать и писать сразу результат. Из (1) выражу :

Подставим в (2) и после долгих преобразований получим квадратное уравнение относительно :

Нас интересует только положительный корень:

Нерелятивистское приближение получается при и , тогда воспользовавшись формулой при , получим:

кл

В ответе задачника то ли опечатки, то ли просто неверный ответ.

В рамках классической механики эта задача решается элементарно. Перейдём в систему отсчёта связанную с рекой. В этой системе вода неподвижна и багор наш неподвижен. Лодочник отдаляется от неподвижного багра время , а потом с той же скоростью приближается к багру за тоже время . Общее время разлуки багра с лодочником будет . За это время сам багор преодолел расстояние в системе отсчёта "берег", и преодолевал он его со скоростью реки :

Ответ


кл
при и