拉格朗日方程

恐怖游轮解析2023-02-01  41

拉格朗日方程:这里的L指代拉格朗日函数,即在一个物理系统中能量的计量,例如弹簧、杠杆或基本粒子。

解这个方程会告诉你该物理系统将如何随着时间演化。这种思考物理的方式经受住了物理学上的几次重大革命,例如量子力学及相对论等。

在主动力全是保守力的情况下,每种主动力会对应着一种势能,在此种情况下,拉格朗日方程可写为

利用L=T-V,(T为动能,V为势能,且势能仅为位置的函数)我们可将此方程改写为

由于势能与速度无关,受力等于负的势能对位置求导

现在可以将原方程改写为:

拉格朗日方程是:对于完整系统用广义坐标表示的动力方程,通常系指第二类拉格朗日方程,是法国数学家J. -L.拉格朗日首先导出的。通常可写成:

式中T为系统用各广义坐标qj和各广义速度q' j所表示的动能Qj为 对应于qj的广义力N(=3n-k)为这完整系统的自由度n为系统的质点数k为完整约束方程个数。

用拉格朗日方程解题的优点是:

1.广义坐标个数通常比x坐标少,即N<3n,故拉氏方程个数比直角坐标的牛顿方程个数少,即运动微分方程组的阶数较低,问题易于求解。

2.广义坐标可根据约束条件作适当的选择,使力学问题的运算简化,并且不必考虑约束力。

3.T和L都是标量,比力的矢量关系式更易表达,因此较易列出动力方程。


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