Monday, December 10, 2012

拉格朗日把这一原理推广到具有质量mi的n个质点的任意系统。这些质点彼此之间以任意方式处于和距离的任意次幂成正比的有心力的作用之下,系统的运动由取和式的极大或极小值条件所决定

还在1760——1761年的两篇研究最小作用量原理的论文中,拉格朗日就把欧拉的结果作了推广。无论欧拉对于把最小作用原理推广到多个质点之可能的见解如何,在他的著作中,这个原理还是针对一个质点来进行的。拉格朗日把这一原理推广到具有质量min个质点的任意系统。这些质点彼此之间以任意方式处于和距离的任意次幂成正比的有心力的作用之下。在这种情况下,系统的运动由取和式的极大或极小值条件所决定。 即:

        

拉格朗日引入的所谓等能变分的概念很重要,也很富于成效。问题的实质是拉格朗日从活力守衡原理出发导出了最小作用量原理。他比较了连接点A,B的满足能量守衡要求(E=const.)的轨迹,并得到以下结论;对应于量


取极小值的轨迹,将是那些轨迹中的真实轨迹。在一般情况下,当总能量E=T+U相同时,质点将以不同的时间间隔通过AB之间的空间路径。在空间中不同地点的势能一般来说是不同的,因而在总动能量E不变时动能应当发生变化,也就是说质点速度要发生变化。不同的速度也就意味着质点从A移动到B所需要的时间间隔不同。倘若在质点上没有力的作用,则问题就变成确定质点在恒定的速度下用最短的时间所走过的空间路径。显然,这个路径将是直线。在拉格朗日所赋予的那种形式下的最小作用量原理可以认为是力学的根本原理。它不仅以要求某种积分不变的条件限制质点或质点系的运动,而且还以单值的形式指出了在已知初始条件时系统和质点实际上要如何运动。能量守恒原理所指出的只是什么样的运动是可能的。在物体运动的每一种情况下能量守恒原理都能得到一个方程,然而一个方程是不能单值地决定实际的运动。为此有多少表证运动的独立坐标就需要有多少方程,比如确定自由质点的运动就需要三个方程。最小作用量原理却提供了必要数量的方程。在提出极大或极小值问题之后就为每个独坐标提供了其所特有的方程。最小作用量原理以其积分的特征而区别于另外一些变分原理。它所研究的不是表征各个点运动的这样一些所谓运动的微分属性,如在某点的速度等,而是研究表征在一个有限区间隔上的沿着某个路经积分来量度的运动的属性。由此可见在变分问题的公式中所以不包含点的坐标。从数量中来说,上述间隔和点的坐标无关,并且是坐标变换不变量。因此最小作用量原理所表征的是与坐标系的选择无关的运动

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