又称c,是在拉格朗日函数L中不出现或在哈密顿函数 H中不出现的广义坐标。例如在有心力作用下的质点运动,用球坐标(r,嗞,θ)表达的拉格朗日函数为: ,式中T为质点的动能;V为势函数;m为质点的质量;f(r)为有心力。上式中不出现广义坐标嗞,因而嗞是这个系统的一个可遗坐标。如果一系统有某个可遗坐标qi,则有: 。此时由系统的拉格朗日方程得到: 因此,该系统有经典的守恒律:与可遗坐标qi相应的广义动量守恒,即 。这是系统拉格朗日方程的一个第一积分,称为循环积分。1876年E.J.劳思应用循环积分,研究出将拉格朗日方程降阶的方法。N个自由度的完整系统,如果有s个可遗坐标,则原2N 阶的微分方程可降低为2(N-s)阶,而仍保持拉格朗日的形式。
经典力学中的初次积分(运动积分) zz
http://hi.baidu.com/thelastglory/blog/item/12b5631f9da883cba6866904.html
上几天跟朋友谈论上碰到一个一直界定的不明确的名词:运动积分。
这几天查阅了一些书,基本搞定了其意思。
运动积分就是运动微分方程的第一积分或说是首次积分的意思。
先定义一下微分方程的第一积分。
(其
中i 取1到n)。这里分别给出了一个2阶微分方程组和一个1阶微分方程组(描述的是所有量最终 是由参数 t 决定的动力学系统)。对于方程1,如果我们找到一个由q和q一次导数以及参数 t 构成的独立于 t
的函数G,(即dG/dt = 0,在一个参数 t
为唯一自变量的系统中也可以看成是常数)那么这个函数称为方程1的运动积分。对于n个自由度的方程1,这样的运动积分理论上独立的个数为2n个。对于方程 2,如果我们能找到由 q和t 构造的独立于参数 t 的函数F,(dF/dt =
0),那么这个函数称为方程2的运动积分。对于n个自由度的方程2,运动积分理论上独立有n个。说穿了就是微分方程的积分常数,如果我们的方程是可以完全被解出的,那么就可以找到完备的积分常数,如果并不能完全解出那么就找不到完备个积分常数。若有完备个积分常数,从数学理论上我们可以由这些常数和参数t
描述出q。如下:
关于循环积分和能量积分。
Lagrange View
循环积分:如果力学体系中L量对某一个坐标的偏导数为零,那么根据欧拉公式,其相应的广义动量的对时间的全导数也为零,这样就形成了一个运动积分。这种情况中,该坐标称为循环坐标,该积分称为循环积分。
能量积分:如果力学体系的L对时间的偏导数为零,那么根据欧拉公式,我们可以得到运动积分H。我们称这个积分为雅可比积分(分为能量积分和广义能量积分)。
Hamilton View
循环积分:如果力学体系中H量对某一个广义坐标的偏导数为零,那么根据 hamilton公式,得到相应的广义动量的全导数为零,即该广义动量为常数。如果H量对某一个广义动量的偏导数为零,那么相应的广义坐标的全导数为零, 即该广义坐标为常数。这些常数都被称为循环积分,坐标和动量被称为循环坐标。
能量积分:如果力学体系中H量对时间的偏导数为零,那么根据欧拉公式得到,H对时间的全导数也为零,那么就得到运动积分H。
关于这些积分的独立性:一个s个自由度的力学体系,最多只有2s个独立的运动积分。在Lagrange观点中,我们最多能有2s个循环坐标和循环积分。同 时如果是能量守恒的体系那么还有一个能量积分,但是这个积分与前面的2s个循环积分并不独立。在Hamilton观点中,同样是2s个循环积分和1个能量 积分,但是独立的还是只有2s个。
Example:惯性系中的自由粒子:x,y,z三个方向的动量都是运动积分,同时还有一个能量积分。但是4个积分中独立的只有3个。因为动量守恒可以推出这里的能量守恒。
下面的问题是如何找到这些循环积分,这里就要提出几种变换出来。
坐标变换或说是点变换:就是广义坐标间的变换。在这种变换下,Lagrangian值不会变化,所以欧拉-拉格朗日方程和哈密顿方程的形式不变。
正则变换:广义坐标和广义动量的变换,是对坐标变换的一种推广,原先是s个量,现在是2s个量的一个变换。但是并不是所有的广义坐标和动量的变换都是正则,还需要加上一个最重要的限定条件,就是在变换前后,动力学方程的形式不变。点变换是正则变换中的一种。
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感觉整理的很全面很详细
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