¿Cómo explicaría el concepto de rapidez de la relatividad especial?

La rapidez, r, se define de manera tal que r = c tanh (v). Resulta que si usa la rapidez en lugar de la velocidad para derivar varias ecuaciones en relatividad especial, obtendrá respuestas mucho más simples con mucho menos matemática. Sí, tienes que sentirte cómodo con las funciones trigonométricas hiperbólicas, pero eso resulta ser muy poco esfuerzo para una gran victoria.

Por ejemplo, gamma, el factor de contracción, es simplemente cosh (r).

El momento relativista es mc sinh (r) donde m es la masa en reposo.

La energía relativista es mc ^ 2 cosh (r)

La matriz de transformación de Lorentz 2 × 2 es solo cosh (r) en la diagonal principal y sinh (r) en las esquinas.

En relatividad, las velocidades no suman. De modo que dos objetos que se acercan entre sí a 0.6c no se ven moviéndose a 1.2c; se miden entre sí a aproximadamente 0,88 c. PERO la rapidez sí agrega. La rapidez de 0.693 resulta ser una velocidad de 0.6c y los dos objetos se medirán entre sí con una rapidez de 1.386, que es una velocidad de 0.88c.

La rapidez de un objeto acelerado es r = at / c. Observe cuánto se parece a v = at para la aceleración newtoniana. (El tiempo es “tiempo de envío” para este.)

Estos dos últimos son la clave para obtener una sensación “intuitiva” de rapidez. Es esencialmente la velocidad que habrías esperado tener en un mundo newtoniano.

La rapidez es una forma de medir la velocidad que tiene un par de características útiles de las que carece la definición tradicional de velocidad a lo largo del tiempo. Primero, la rapidez es aditiva (p. Ej., [Matemáticas] w_1 + w_2 = w_3 [/ matemáticas]), a diferencia de las velocidades que deben ejecutarse a través de una fórmula complicada para combinarlas. La segunda rapidez puede tener cualquier valor, mientras que las velocidades están limitadas a la velocidad de la luz.

La definición matemática de rapidez es simple, si comprende las funciones hiperbólicas: [matemáticas] \ beta = tanh (w) [/ matemáticas], donde [matemáticas] w [/ matemáticas] es su rapidez y [matemáticas] \ beta [/ matemáticas ] es tu velocidad como fracción de velocidad de la luz. Por lo tanto, convertir entre rapidez y velocidad es simplemente una cuestión de aplicar la tangente hiperbólica a la rapidez, o aplicar su inversa a la velocidad.

Como nota al margen, otra característica útil de la rapidez es que el coseno hiperbólico de la rapidez es el factor Lorentz [math] \ gamma = \ dfrac {1} {\ sqrt {1- \ beta ^ 2}} [/ math]. Es decir, [matemáticas] \ gamma = cosh (w) [/ matemáticas]. Esto le permite escribir y manipular fórmulas que de otro modo serían complicadas de una manera directa.

Por ejemplo: ¿cuánto tiempo de dilatación hay al 90% de la velocidad de la luz? Tome su Calculadora científica (si no tiene una, hay una aplicación para eso); ingrese 0.9 (su velocidad); toque el botón [math] tanh ^ {- 1} [/ math] (en mi calculadora, eso es Inv → Hyp → Tan) para obtener la rapidez; luego toque el botón [math] cosh [/ math] (Hyp → Cos) para obtener la dilatación del tiempo. Cinco pulsaciones de teclas después de ingresar la velocidad, y usted sabe cuánto tiempo hay de dilatación: 2.2941573387056176591.