解決策のタスク 20.2.2
長さが均一な棒を考えてみましょう
一般化座標に対応する一般化力 ファイ、次の式で決定されます。
Q = pファイ - d/dt(∂L/∂ファイ),
どこ pファイ - 一般化された衝動、 L - ラグランジュ、 t - 時間。
一般化された運動量を求めるには、次の式を使用します。
pファイ = ∂L/∂(dファイ/dt).
ラグランジアンを見つけるには、システムの運動エネルギーと位置エネルギーを書き留めます。
T = (m私2/3)(dファイ/dt)2,
U = 0.
この場合、ラグランジアンは次の形式になります。
L = T - U = (m私2/3)(dファイ/dt)2.
ラグランジアンを時間に関して微分してみましょう。
d/dt(∂L/∂(dファイ/dt)) - ∂L/∂ファイ = 0.
値を代入してみましょう L そして ファイ:
(ml2/3)·2(d²ファイ/dt²) - 0 = 0.
どこから入手しますか:
(d²ファイ/dt²) = 0.
したがって、一般化されたインパルスは次のようになります。
pファイ = ∂L/∂(dファイ/dt) = 2(ml2/3)(dファイ/dt).
ここで、時間に関するラグランジアンの導関数を求めます。
d/dt(∂L/∂(dφ/dt)) = (ml2/3)·2(d3ph/dt3).
値の置換 pφ そして d/dt(∂L/∂φ) を一般化された力の式に代入します。
Q = pφ - d/dt(∂L/∂φ) = 2(ml2/3)(dφ/dt) - 0 = 2(ml2/3)(dφ/dt).
角度の値を求めてみましょう φ この力が最大になるとき、つまり微分値が最大になるとき dQ/dφ はゼロに等しくなります:
dQ/dφ = 2(ml2/3)·(d²φ/dt²) = 0.
ということはどこからそうなるのか d²φ/dt² = 0、つまり角度 φ 永久的になります。したがって、ある角度でいつでも最大の力が得られます。 φ = 45°。力の値は次のようになります。
Q = 2(ml2/3)(dφ/dt) = 2・(30kg)・(3m)2/(3·2)·(円周率/4 rad/s) ≈ 706 N.
したがって、長さ 3 m、重さ 30 kg の均質なロッドが垂直面内で回転すると、一般化された角度の座標に対応する一般化された力が発生します。 φ、角度がついた瞬間に φ 45°に等しい場合、約 706 N に等しくなります。
製品説明: Kepe O.E. のコレクション (ワークブック) からのソリューション 20.2.2 1989年
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