О САЙТЕ
Добро пожаловать!

Теперь вы можете поделиться своей работой!

Просто нажмите на значок
O2 Design Template

ФИМ / Прикладная механика / Лекция №9 по теоретической механике Дифференциальные уравнения механической системы в обобщенных координатах или уравнение Лагранжа второго рода.

(автор - student, добавлено - 25-11-2012, 00:02)
СКАЧАТЬ:9-lekciya.zip [30,07 Kb] (cкачиваний: 32)


Лекция №9
Дифференциальные уравнения механической системы в обобщенных координатах или уравнение Лагранжа второго рода.
1. Принцип возможных перемещений
2. Принцип возможных скоростей лагранжа
3. Принцип лагранжа в обобщенных силах
4. Принцип лагранжа для консервативных механических систем
5. Принцип дагранжа. Диссипативные силы
6. Физический смысл фиссипативной функции

1. Принцип Лагранжа имеет несколько формулировок и относительно к механической системе, находящейся в равновесии. Из статики известно, что для равновесия механической системы необходимо и достаточно, чтобы система сил, действующих на каждую точку механической системы была уравновешена, т.е.
=0, k=1..n
И чтобы в начальный момент времени механическая система находилась в покое, чтобы начальные скорости всех точек были нулевыми, будем считать , что эти условия выполняются. Дадим формулировки принципов, считая наложенные на систему связи голономными стационарными идеальными и удерживающими, тогда принцип возможных перемещений сформулируется таким образом:
Для того, чтобы механическая система находилась в равновесии необходимо и достаточно, чтобы возможная работа всех активных сил на любых возможных перемещениях была равна нулю.
δА=0 или δ =0
2. для того, чтобы механическая система находилась в равновесии необходимо и достаточно, чтобы возможная мощность всех активных сил на любых возможных скоростях была равна нулю.
N=0 или
Докажем ее необходимость. Если система находится в равновесии, то
=0 , k=1..n
Домножим на соответствующее возможное перемещение и просуммируем
δ + δ =0
Поскольку по условию идеальных связей первая сумма равна нулю, то вторая сумма также равна нулю.
δ =0
Необходимость доказана. Докажем ее достаточность. Пусть на любых возможных скоростях v =0. Покажем, что система остается в равновесии. Доказательство проведем от противного. Предположим, что система выйдет из равновесия, следовательно, у ее точек появится ускорение а и хотя бы одно из которых не будет равняться нулю. Поскольку начальная скорость равна нулю, то появившееся ускорение должно быть касательным, а а = =0. При v=0, т.е. должны лежать в касательных плоскостях поверхностей связей, но в этих же плоскостях лежат и возможные скорости, имеющие произвольное направление. Выберем в качестве набора возможных скоростей те, которые совпадают с ускорением по направлению набора возможных скоростей те, которые совпадают с ускорением по направлению. В этом случае v a >0 для точек с ненулевыми ускорениями. Домножим на массу и просуммируем
>0
Если m = , тогда
>0
Вторая сумма равна нулю из условия идеальности связей. Отсюда следует, что
≥0
Пришли к противоречию, следовательно механическая система в действительности остается в равновесии. Принцип доказан.

3. Принцип Лагранжа в обобщенных силах.
Согласно принципу возможных перемещений для равновесия механической системы с соответствующими связями необходимо и достаточно, чтобы возможная работа δА=0 на любых возможных перемещениях при нулевых скоростях (при любых начальных скоростях)
δА=
=0
В частности для системы с одной степенью свободы
=0
Здесь возможны два случая:
а) может быть δ =0, т.е. обобщенная координата имеет в данном положении механической системы стационарное значение
б) δ ≠0, тогда =0, т.е. обобщенная сила равна нулю.
Определение: Будем считать, переходя к системам с произвольной степенью свободы, что обобщенная координата в данном положении механической системы не имеет стационарного значения. Обобщенные координаты не зависимы между собой. Каждую из них можно менять не меняя остальные. Например: зафиксируем все ординаты кроме . Тогда все вариации кроме δ будут равны нулю и равенство
=0
=0 => =0
Принцип Лагранжа в обобщенных силах: В положении равновесия механической системы все обобщенные силы равны нулю и это равенство содержит в себе в обобщенном виде все уравнения статики (уравнение проекции сил и момента проекции сил).
=0.
4. принцип Лагранжа для консервативных сил.
Механическая система является консервативной, если все действующие в ней силы потенциальны, а связи стационарны, но для потенциальных сил обобщенные силы определяются равенством

Подставим в равенство =0 и получим следующий принцип: в положении равновесия консервативной механической системы потенциальная энергия имеет стационарное значение или минимальное или максимальное.
Отметим, что =0 для простых механизмов, преобразующих движение, и при условии пренебрежения потерями на трениях механизмов, то уравнение примет вид:

Или
Т.е. во сколько раз уменьшается скорость, во столько раз увеличивается сила и наоборот. Это золотое правило механики.
F F

v v
оно было известно еще Архимеду, хотя он писал не о скоростях, а о перемещении. Значит золотое правило механики является частным случаем принципа Лагранжа.

5. Диссипативной называются силы сопротивления, пропорциональные скоростям движения точек

Где - постоянная, большая нуля, это коэффициент сопротивления.
Название этих сил происходит от латинского dissipatio- рассеивание. Поскольку при наличии таких сил происходит рассеивание механической энергии, в частности превращение в тепловую энергию. Вычислим обобщенную Диссипативную силу
(*)
Для него воспользуемся формулой





И учтем формулу (*)


Где k=1,..,n
Функция в квадратных скобках называется диссипативной




С учетом этого



6. Рассмотрим физический смысл диссипативной функции. Суммарная мощность диссипативных сил равна

Или =-2D
Суммарная мощность диссипативных сил равна удвоенной величине диссипативной функции, взятой с противоположным знаком. Если в механической системе действуют еще и потенциальные силы, т.е. , то

То на основе кинетической энергии в дифференциальной форме

Е-полная механическая энергия
Таким образом удовлетворяющее значение диссипативной функции определяет быстроту убывания (рассеивания) полной механической энергии.

Ключевые слова -


ФНГ ФИМ ФЭА ФЭУ Яндекс.Метрика
Copyright 2021. Для правильного отображения сайта рекомендуем обновить Ваш браузер до последней версии!