[分析力学]解题思路

更新:9 JAN 2017

(第二类)拉格朗日方程

动能拉格朗日方程

理想、完整约束下,系统的动力学普遍方程:

[frac{d}{dt}left(frac{partial T}{partial dot q_k} ight) - frac{partial T}{partial q_k} = Q_k ]

(k)走遍所有的广义坐标,(T)为动能,(q_k)为广义坐标,(Q_k)为广义力。

理想大致指接触、连接绝对光滑或绝对粗糙,完整指约束不显含时间。更详细的说明参看[分析力学]解题思路 - 虚功原理与达朗贝尔方程

拉格朗日方程为标量方程,且只包含坐标对时间的一阶导数。

注:第一类拉格朗日方程即未使用广义坐标的拉格朗日方程,使用起来很不方便。

解题思路

1.封闭体系(无外力)

(Q_k = 0),首先确定体系自由度,找广义坐标/独立坐标,求动能(T(q,dot q, t))表达式、拉格朗日方程中对动能的两个偏导数。得到与自由度数目相同的微分方程。

2.理想非完整线性约束

将约束解除,用拉格朗日乘子加入广义力一方参与方程。

动势拉格朗日方程

定义拉格朗日量

[L=T-V ]

理想、完整约束下,系统的动力学普遍方程:

[frac{d}{dt}left(frac{partial L}{partial dot q_k} ight) - frac{partial L}{partial q_k} = Q_k ]

(k)走遍所有的广义坐标,(q_k)为广义坐标,(Q_k)为非保守广义力。

解题思路

1.保守体系(有势能)

即存在保守力(vec F=- abla V)作为外力。仍然先确定自由度和广义坐标,求出动能、势能的表达式得到拉格朗日量,求微分得到微分方程组。

势能的定义隐含物体的超距作用,与狭义相对论矛盾,因此需要非相对论条件。狭义相对论条件下(运动接近光速)应使用场论。

非保守广义力(Q_k = 0)

2.位力定理

[overline{sum_i abla_i Vcdotvec r_i}=2overline{T} ]

特别地, 若系统的势能是位⽮坐标的齐(k)次式, 则有

[koverline{V}=2overline{T} ]

这里平均值是对时间的平均。若动能、势能不随时间变化,则每个时刻成立。

重点问题

1.单摆问题的精确解

旋轮摆严格等时性

原文地址:https://www.cnblogs.com/fnight/p/6263140.html