1引言
拉格朗日方程是分析力学中的重要方程,其地位相当于牛顿第二定律之于牛顿力学。
达朗贝尔原理由法国物理学家与数学家让•达朗贝尔发现并以其命名。达朗贝尔原理表明:对于任意物理系统,所有惯性力或施加的外力,经过符合约束条件的虚位移,所作的虚功的总合为零。即: (1)
其中为惯性力,。为粒子所受外力,为符合系统约束的虚位移。
则虚位移可以表示为:
(2)
取速度对于广义速度的偏微分:
(3)
首先转化方程(1) 的加速度项。将方程(2) 代入:
应用乘积法则:
注意到的参数为,而速度的参数为,所以,
。
因此,以下关系式成立:
(4)
将方程(3) 与(4) 代入,加速度项成为
代入动能表达式:,
则加速度项与动能的关系为
田婆婆事件
30过氧化氢
(5)
然后转换方程(1)的外力项。代入方程(2) 得:
(6)
其中是广义力:
将方程(5) 与(6) 代入方程(1) 可得:
(7)
假设所有的广义坐标都相互独立,则所有的广义坐标的虚位移也都相互独立。由于这些虚位移都是任意设定的,只有满足下述方程,才能使方程(7) 成立:
(8)
这系统的广义力与广义位势之间的关系式为
代入得:
定义拉格朗日量为动能与势能之差,可得拉格朗日方程:
3 哈密顿原理推导 哈密顿原理可数学表述为: 210t t Ldt δ=⎰ 在等时变分情况下,有 ()d q q dt δδ•=
focusaudio2211()0t t t t Ldt L dt δδ==⎰⎰ (1)
由拉格朗日量定义得,在等时变分情况下有
L L L q q q q δδδ••∂∂=+∂∂ (2)
其中第一项可化为:
()()()L
L d d L d L q q q q dt dt dt q q q q δδδδ•••••∂∂∂∂==•-∂∂∂∂ (3) 将(3)代入(2)得
()()d L d L L L q q q dt dt q q q δδδδ••∂∂∂=•-+∂∂∂ (4)
将(4)代入(1)得 2121()(())0t t t t L
d L L q q q dt dt q
q q δδδ••∂∂∂•+-+=∂∂∂⎰ (5) 在12,t t 处0q δ=,所以(5)变为
21(())0t t d L L q q dt dt q q δδ•∂∂-=∂∂⎰ (6) 即
2
发现与创造
1[(())]0t t d L L q dt dt q q δ•∂∂-+=∂∂⎰ (7)
q 是独立变量,所以
拉格朗日方程:
4欧拉-拉格朗日方程推导
欧拉-拉格朗日方程可以表述为:
设有函数和:
其中是自变量。
若存在使泛函取得局部平稳值,则在区间内对于所有i,皆有:
若设独立变量为时间,函数为广义坐标,泛函替换为拉格朗日量,则可得到拉格朗日方程
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