De transformatievergelijkingen voor krachten

Wat zijn de relativistische transformatievergelijkingen voor krachten?
Stapel stenen
Krachten in evenwicht

Stel, ik heb een systeem P en ten opzichte van iets in dat systeem wordt een kracht F uitgeoefend. Kracht is impulsverandering per tijdseenheid:

Vergelijking

Of uitgeschreven in componenten:
Vergelijking
Vergelijking
Vergelijking
Door alle indices p te veranderen in q krijg ik de vergelijkingen voor diezelfde kracht, maar dan zoals waargenomen vanuit het systeem Q:
Vergelijking
Vergelijking
Vergelijking
Ik ga de bovenstaande vergelijkingen iets anders opschrijven:
Vergelijking
Vergelijking
Vergelijking
Deze pagina leerde ons de transformatievergelijkingen voor impuls (waargenomen vanuit een systeem Q dat met een constante snelheid v beweegt ten opzichte van het systeem P in de richting van x):
Vergelijking
Vergelijking
Vergelijking
Ik wil naar vergelijkingen toe waarin de kracht wordt beschreven zoals waargenomen vanuit het systeem Q, maar uitgedrukt in de parameters van het systeem P. Daarom ga ik de vergelijkingen (5) invullen in de vergelijkingen (4):
Vergelijking
Vergelijking
Vergelijking
Lorentz
Lorentz

En deze pagina bracht ons de Lorentz-transformaties:

Vergelijking
Vergelijking
Vergelijking
Vergelijking

Van vergelijking (7c) neem ik de differentiaal:
Vergelijking
Vergelijking (8) vul ik in in de vergelijkingen (6):
Vergelijking
Vergelijking
Vergelijking
Nu vraagt vergelijking (9a) om nog wat extra bewerking, want daar staat nog een E (energie) waar ik vanaf wil. Energie en massa zijn twee zijden van dezelfde munt zoals E = mc2 ons leert:
Vergelijking
Massa bestaat uit een rustcomponent, de rustmassa m0, en een kinetische component:
Vergelijking
Die kinetische component is de kinetische energie gedeeld door c2, wederom volgens E = mc2 (dit lijkt wellicht een cirkelredenering te gaan worden, maar dat is het niet):
Vergelijking
En die kinetische energie is op de een of andere manier ontstaan door arbeid te investeren (met s zijnde de afgelegde weg):
Vergelijking
Hier ga ik een beetje mee knutselen:
Vergelijking
Dit resultaat ga ik vervolgens gebruiken in vergelijking (9a):
Vergelijking
Kortweg zijn de transformatievergelijkingen voor krachten dus als volgt:
Vergelijking
Vergelijking
Vergelijking
Ik kan er natuurlijk voor kiezen om het systeem P te laten meebewegen met wat zich ook in dat systeem moge bevinden. In dat geval is up,x = up,y = up,z = 0 en worden de bovenstaande drie transformatievergelijkingen simpelweg:
Vergelijking
Vergelijking
Vergelijking
Water
Momentaan is de snelheid van de rode druppel
gelijk aan nul (en ook van de druppel daaronder)

Ben ik dan aan het vals spelen, want we hebben het hier over krachten en krachten leiden toch tot versnellingen? In het geval dat ik systeem P laat meebewegen dan moet systeem P ook versnellen en dan is systeem P niet meer inertiaal en mag ik de speciale relativiteitstheorie niet meer toepassen. Helemaal waar, maar tot aan het moment dat er krachten in het spel komen kan en mag ik systeem P probleemloos laten meebewegen. In dat infinitesimaal korte moment dat de kracht begint zich te laten gelden is tevens de versnelling infinitesimaal klein (aan het begin van dat oneindig kleine tijdsinterval zelfs gelijk aan nul). Aan het einde van dat oneindig kleine tijdsinterval is de snelheid u dus minder dan het product van een oneindig kleine versnelling en een oneindig klein tijdsinterval (snelheid is versnelling maal tijd). Oftewel, de momentane snelheid u is dan echt (nog) geen factor van belang. De aanname u = 0 is volkomen legitiem en daarom zijn de vergelijkingen (16) volkomen valide. Op deze pagina leid ik op verschillende manieren de transformatievergelijking af voor versnelling en dat illustreert nog eens extra dat een momentaan meebewegend inertiaalstelsel niet zomaar iets is om recht te praten wat krom is.