分析力學 解題思路 拉格朗日方程

2022-08-19 12:00:14 字數 1124 閱讀 7693

更新:9 jan 2017

理想、完整約束下,系統的動力學普遍方程:

\[\frac\left(\frac\right) - \frac = q_k

\]\(k\)走遍所有的廣義座標,\(t\)為動能,\(q_k\)為廣義座標,\(q_k\)為廣義力。

理想大致指接觸、連線絕對光滑或絕對粗糙,完整指約束不顯含時間。更詳細的說明參看[分析力學]解題思路 - 虛功原理與達朗貝爾方程。

拉格朗日方程為標量方程,且只包含座標對時間的一階導數。

注:第一類拉格朗日方程即未使用廣義座標的拉格朗日方程,使用起來很不方便。

1.封閉體系(無外力)

\(q_k = 0\),首先確定體系自由度,找廣義座標/獨立座標,求動能\(t(q,\dot q, t)\)表示式、拉格朗日方程中對動能的兩個偏導數。得到與自由度數目相同的微分方程。

2.理想非完整線性約束

將約束解除,用拉格朗日乘子加入廣義力一方參與方程。

定義拉格朗日量

\[l=t-v

\]理想、完整約束下,系統的動力學普遍方程:

\[\frac\left(\frac\right) - \frac = q_k

\]\(k\)走遍所有的廣義座標,\(q_k\)為廣義座標,\(q_k\)為非保守廣義力。

1.保守體系(有勢能)

即存在保守力\(\vec f=-\nabla v\)作為外力。仍然先確定自由度和廣義座標,求出動能、勢能的表示式得到拉格朗日量,求微分得到微分方程組。

勢能的定義隱含物體的超距作用,與狹義相對論矛盾,因此需要非相對論條件。狹義相對論條件下(運動接近光速)應使用場論。

非保守廣義力\(q_k = 0\)。

2.位力定理

\[\overline=2\overline

\]特別地, 若系統的勢能是位⽮座標的齊\(k\)次式, 則有

\[k\overline=2\overline

\]這裡平均值是對時間的平均。若動能、勢能不隨時間變化,則每個時刻成立。

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