Hamiltons princip. Et systems bane (i konfigurationsrummet) fra t 1 til t 2 er bestemt

Relaterede dokumenter
Classical Mechanics (3. edition) by Goldstein, Poole & Safko

DOK-facitliste DOK. DOK-facitliste 1

Kanoniske transformationer (i)

PC PSI PT JEAN-MARIE MONIER GUILLAUME HABERER CÉCILE LARDON MÉTHODES ET EXERCICES. Mathématiques. méthodes et exercices. 3 e.

Områdeestimator. X x. P θ. ν θ. Θ C(x) En områdeestimator er en afbildning C : X P(Θ). . p.1/30

Klassisk kaos. Kaotiske systemer. Visse regulariteter universalitet

Eksamen i Mat F, april 2006

Minikaos - må ikke bruges til noget. Henrik Dahl

Fysik 2, Foreslåede løsninger til prøveeksamenssæt, januar 2007

UGESEDDEL 10 LØSNINGER. = f

Formelsamling Kaos 2005

Elektromagnetisme 12 Side 1 af 6 Magnetisk energi. Magnetisk energi

Noter til fysik 3: Statistisk fysik

Konusdrejning. Angivelse af konusitet. Konusberegninger ved hjælp af formler. Konusdrejning

GEOMETRI-TØ, UGE 3. og resultatet følger fra [P] Proposition 2.3.1, der siger, at

Wigner s semi-cirkel lov

DESIGNMAT FORÅR 2012: UGESEDDEL Forberedelse Læs alle opgaverne fra tidligere ugesedler, og læg særlig mærke til dem du har spørgsmål til.

Outline. Chapter 6: (cont d) Qijin Chen. November 21, 2013 NH = =6 CH = 15 4

Eksamen i Calculus Mandag den 4. juni 2012

Pontryagin Approximations for Optimal Design of Elastic Structures

Modulpakke 3: Lineære Ligningssystemer

yt () p0 cos( t) OPGAVE 1

Energitæthed i et elektrostatisk felt

Koblede svingninger. Thomas Dan Nielsen Troels Færgen-Bakmar Mads Sørensen juni 2005

Mat H 2 Øvelsesopgaver

VELKOMMEN TIL DEN NYE SKOLE NYE FAG

Generaliserede koordinater. Opstilling af Euler-Lagrange ligningerne

Matematik F Et bud på hvordan eksamenssæt løses

χ 2 -fordelte variable

Bevægelsens Geometri

standard normalfordelingen på R 2.

DOK DOK-facitliste 1. DOK-facitliste

Tidligere Eksamensopgaver MM505 Lineær Algebra

Eulers metode. Tom Pedersen //Palle Andersen. Aalborg University. Eulers metode p. 1/2

Nanostatistik: Konfidensinterval

Opsamling. Simpel/Multipel Lineær Regression Logistisk Regression Ikke-parametriske Metoder Chi-i-anden Test

Eksamen i Calculus. 14. juni f (x, y, z) = 1 + x 2 + y 2. Hele rummet uden z aksen

Eksamen i Calculus. 14. juni f (x, y, z) = 1 + x 2 + y 2. x 2 + y 2 1 Hele rummet uden z aksen

13 Markovprocesser med transitionssemigruppe

8 Regulære flader i R 3

Fortolkning. Foldning af sandsynlighedsmål. Foldning af tætheder. Foldning af Γ-fordelinger Eksempel: Hvis X og Y er uafhængige og. Sætning (EH 20.

Lidt om plane kurver og geometrisk kontinuitet

Eksamen i Mat F, april 2006

2 Separation af de variable. 4 Eksistens- og entydighed af løsninger. 5 Ligevægt og stabilitet. 6 En model for forrentning af kapital med udtræk

Fononiske Båndgab. Køreplan Matematik 1 - FORÅR 2005

Det Teknisk-Naturvidenskabelige Basisår Computerstøttet Beregning Naturvidenskab - Datalogi/Software/Matematik E-OPG 3

GEOMETRI-TØ, UGE 6. . x 1 x 1. = x 1 x 2. x 2. k f

REGULARITET AF LØSNINGER M.M.

Løsninger til kapitel 12

Mordell s Sætning. Henrik Christensen og Michael Pedersen. 17. december 2003

Integration m.h.t. mål med tæthed

INSTITUT FOR MATEMATISKE FAG c

Slides til Makro 2, Forelæsning oktober 2006 Chapter 5, anden halvdel

Dokumentation til iltforhold i Østerå

Matematisk modellering og numeriske metoder. Lektion 10

StatDataN: Plot af data

Sandsynlighed og Statistik

Fononiske Båndgab. Køreplan Matematik 1 - FORÅR 2004

Statistik og Sandsynlighedsregning 2

Eksamen i Calculus. 14. juni f (x, y, z) = 1 + x 2 + y 2. x 2 + y 2 1 Hele rummet uden z aksen

Gamle eksamensopgaver (DOK)

Kursusgang 5 Afledte funktioner og differentialer Repetition

A hybrid high-order locking-free method for linear elasticity on general meshes

MAT1 A&D. Martin Raussen. Department of Mathematical Sciences Aalborg University Denmark

Logistisk regression. Logistisk regression. Probit model Fortolkning udfra latent variabel. Odds/Odds ratio

Diffusion over membraner Hvor vil molekylerne være? Simple/komplexe systemer. Veterinær biofysik kapitel 8 Forelæsning 2

Økonometri 1. Dagens program. Den multiple regressionsmodel 18. september 2006

Matematik-teknologi 3. semester Projekt introduktion

EKSAMENSOPGAVELØSNINGER CALCULUS 2 (2005) JANUAR 2006 AARHUS UNIVERSITET.. Beregn den retningsafledede D u f(0, 0).

Sandsynlighedsregning 6. forelæsning Bo Friis Nielsen

Udledning af Keplers love

Besvarelser til Calculus Ordinær Eksamen Juni 2018

Besvarelser til de to blokke opgaver på Ugeseddel 7

Note om interior point metoder

Skriftlig eksamen Vejledende besvarelse MATEMATIK B (MM02)

DLU med CES-nytte. Resumé:

Lektion 13 Homogene lineære differentialligningssystemer

Heisenbergs usikkerhedsrelationer. Abstrakt. Hvorfor? Funktionsrum. Nils Byrial Andersen Institut for Matematik. Matematiklærerdag 2013

Partielle afledede og retningsafledede

Kvantitative metoder 2


z + w z + w z w = z 2 w z w = z w z 2 = z z = a 2 + b 2 z w

Kolde atomare gasser Skræddersyet kvantemekanik. Georg M. Bruun Fysiklærerdag 2011

Hans J. Munkholm: En besvarelse af

Sandsynlighedsregning 9. forelæsning Bo Friis Nielsen

Hvad skal vi lave i dag?

Reaktionskinetik - 1 Baggrund. lineære og ikke-lineære differentialligninger. Køreplan

Lineære 1. ordens differentialligningssystemer

DesignMat. Preben Alsholm. September Egenværdier og Egenvektorer. Preben Alsholm. Egenværdier og Egenvektorer

Overheads til forelæsninger, mandag 5. uge På E har vi en mængde af mulige sandsynlighedsfordelinger for X, (P θ ) θ Θ.

Om første og anden fundamentalform

Anvendt Lineær Algebra

Calculus Uge

Momenter som deskriptive størrelser. Hvad vi mangler fra onsdag. Momenter for sandsynlighedsmål

Hvad vi mangler fra onsdag. Vi starter med at gennemgå slides fra onsdag.

To find the English version of the exam, please read from the other end! Eksamen i Calculus

Figur 3: Illustration af hvordan en børsteløs DC-motor kan betragtes rent magnetisk.

MÅLESTOKSFORHOLD HFB 2012 / 13. Målestoksforhold OP SL AG. Byggecentrum

3.3. Mindste kvadraters metode Det overbestemte problem.

Elektromagnetisk induktion

Transkript:

Hamtons prncp.1 Konfguratonsrum q 3 Et systems bane ( konfguratonsrummet) fra t t er bestemt af, at aktonsntegraet I = Lt har en statonær vær. t q 1 q () Systemet ska være monogensk, vs. ae kræfter (ekskusvt bnngskræfter) ska være bestemt ve et generaseret skaært potentae V = V (q 1,...,q n, q 1,..., q n,t). () L er Lagrangefunktonen L = L(q 1,...,q n, q 1,..., q n,t)=t V. () At aktonsntegraet er statonært betyer, at et er ekstremat eer at ntegraes varaton er 0: δi = δ L(q 1,...,q n, q 1,..., q n,t) t =0 (v) V ska vse, at Lagranges gnnger Hamtons prncp.

Varatonsregnng (Euer-Lagrange) (). To varabe: J = Statonær vær af J = f(x, ẋ, t)t, x = x(t), ẋ = x t Varaton af x(t): x 7 x(t, α) =x(t)+αη(t), me bbetngese η( )=0ogη(t )=0. J(α) = t Z 1 t f x(t, α), ẋ(t, α),t t og en statonær vær af J f(x 1,x, ẋ 1, ẋ,t)t ³ J α J ³ f α = x x α + f ẋ t. Devs ntegraton af sste e: ẋ α Z f ẋ t ẋ α t = f x f x ³ f x t = t ẋ αt ẋ α t ẋ α t = ³ J h f x = α α=0 x α ³ f x ³ f t = t ẋ α α=0 x f t ẋ ³ J Ska gæe for vkårgt η(t), vs. δj = δα =0 f α α=0 x t x 1 7 x 1 (t, α) =x 1 (t)+αη 1 (t), x 7 x (t, α) =x (t)+αη (t) Z J t ³ f α = x 1 x 1 α + f ẋ 1 ẋ 1 α + f x x α + f ẋ t og erme ẋ α ³ J h³ f = f ³ f η α α=0 x 1 t ẋ 1 + f η 1 x t ẋ t =0 som umebart kan generaseres t et vkårgt anta (uafhængge) varabe. α=0 =0. ³ f x t ẋ α t η t ³ f =0 ẋ

Varatonsregnng (Euer-Lagrange) ().3 δj = δ f(x 1,...,x n, ẋ 1,...,ẋ n,t)t =0 f f =0, x t ẋ =1,,...,n Eksempe (): Korteste afstan meem to punkter (0, 0) og (a, b) panen Kvaratet på enfferentee bueænge: (s) =(x) +(y). For en parametrske kurve (x, y) = x(t),y(t) ³ s ³ x ³ Z y t pẋ gæer = + eer s =(±) + ẏ t t t t, f = p f ẋ + ẏ, x =0, f ẋ = ẋ pẋ + ẏ, δs =0 0 ³ ẋ pẋ =0 t + ẏ ẋ pẋ + ẏ = c 1 og tsvarene ẏ eer pẋ + ẏ = c ẏ = α ẋ, α = c. c 1 Antages y = y(x) fås at ẏ = y 0 (x)ẋ og erme at y 0 (x) =α. Løsnngen er en rette ne y(x) =αx + β = b a x s = p 1+(y0 ) ẋt = Z a 0 p 1+(b/a) x = p a + b Eksempe (): Hamtons prncp δi = δ L(q 1,...,q n, q 1,..., q n,t) t =0 L Lagrange gnnger: L =0, =1,,...,n q t q

Lagrange-mutpkatorer.4 At fne ekstremum af F (x, y) mebbetngesenf(x, y) =0eranaogttatbestemme ekstremum af G(x, y) =F (x, y)+λf(x, y), hvor x og y er uafhængge varabe. λ kaes for en Lagrange-mutpkator (Øvese). Generaseret t mange varabe kan Lagrange-mutpkatorer benyttes t at bestemme e generaseree bnngskræfter svarene t en eer fere (m) bnnger: L = T V = L(q 1,...,q n, q 1,..., q n,t) f α = f α (q 1,...,q n,t)=0 (α =1,...,m). mx Inføres L = L + λ α f α kanhamtonsprncpbenyttes: δi = δ L t =0, α=1 L afhænger af n m uafhængge og m afhængge koornater, mens ae n varabe ska antages uafhængge L. Metoen er kun anveneg for (sem-)hoonomske bnnger. De n Lagrangegnnger, uet fra varatonsprncppet δi = 0, samt e m betngeser f α = 0 gver en bestemmese af e n generaseree koornater q (t) samtem Lagrangemutpkatorer λ α (t), hvor λ α (t) bestemmer e n komponenter af bnngskræfterne Q f (t): Q f = L Q f t q q = ³ (L L) (L L) mx f α = λ t q q Ae vrknnger af anre (påtrykte + anre bnngs-) kræfter er metaget L = T V,og Q f er erfor bnngskræfterne fra e m bnnger. Bemærk, at kravet om at et vrtuee arbee af bnngskræfterne er 0 ska stagvæk være opfyt, P Qf δq =0. α=1

Eksempe: Runng på skråpan.5 x F Mgcos φ θ O Rng: masse M raus r (I) Newton: () Mẍ = Mgsn φ F () Mr θ = Fr (moment om O) () Runng x = rθ ẍ = 1 g sn φ, F = 1 Mgsn φ (II) Lagrange (generaseree koornater x, θ): Mg φ L = T V = 1 Mẋ + 1 Mr θ ( Mgxsn φ) Bnng: f(x, θ) =x rθ =0 Bnngen emnerer én varabe (r θ = ẋ): L = L(x, ẋ, t) =Mẋ + Mgxsn φ t ẋ L x =Mẍ Mgsn φ =0 (III) Lagrange-mutpkator: L = L + λf = 1 Mẋ + 1 Mr θ + Mgxsn φ + λ(x rθ) L = Mẍ Mgsn φ λ =0, t ẋ x Q t θ L θ = Mr θ + λr =0, Qθ = λ f θ = λr x = λ f x = λ Insættes f(x, θ) =0,eerr θ =ẍ ẍ = 1 g sn φ, λ = Mẍ Mgsn φ = 1 Mgsn φ = F

Bevaresessætnnger og symmetrer.6 Hvs V kke afhænger af ṙ er L ẋ = T ẋ = ẋ h X 1 m (ẋ + ẏ + ż ) = m ẋ = p x Den generaseree bevægesesmænge p svarene t koornaten q efneres som: p L q For partker me annger e er V (generaseret) hastghesafhængg og p x 6= m ẋ : L = X h 1 m ṙ e φ(r )+e A(r ) ṙ p x = L = m ẋ ẋ + e A x At L er cyksk mht. koornaten q,eeratq er en cyksk koornat, betyer at L er uafhængg af q.erettetfæefås: 0= L L = L = t q q t q t p = ṗ eer p = konstant når L =0. q Den generaseree bevægesesmænge af en cyksk (uafhængg) koornat er bevaret. For aee partker er p (kke m ṙ ) bevaret, hvs φ og A er uafhængge af r (og A 6= 0). Cykske koornater kan entfceres ve symmetrbetragtnnger: Systemet har en transatonssymmetr når q 7 q + δq kke ænrer e fysske forho V og T og erme L uafhængg af q eer q er en cyksk koornat. Transatonssymmetr mht. q mefører at p er bevaret. Én-partke eksemper: V er konstant angs x: L cyksk mht. x og p x er bevaret. V rotatonssymmetrsk om z: L er cyksk mht. φ og p φ = L z =(r p) z = mr φ er bevaret. N partker: V (r) uafhænggafx: R x er en cyksk koornat og P x = MṘx er konstant.

Eksemper på transaton().7 For et konservatvt system (V er uafhængg q ) p = L = T og f. Lagranges gnnger ṗ q q = L = T V = T + Q q q q q r (q α ) p α = T = ³ 1 q α q α n q α r (q α + q α ) Antag, at q α 7 q α + q α svarer t en transaton af systemet,vs.ataestevektorerænresmenq α, hvor α er et bestemt neks og n er en konstant vektor: r = m q α 0 r (q α + q α ) r (q α ) q α F r = X Q α = X X m ṙ = X m ṙ ṙ = X q α Hvs bnngerne kke afhænger ekspct af t: X T = 1 M k q q k, M k = X r m r, se (1.7) q q k k M k = X ³ r m q r + r r =0, et α q q k q q k T er uafhængg af q α og erme ṗ α = T + Q = Q α. α = nq α q α = n F n = F n se (1.49) m v r = n X m q v = n P α r = n er konstant. Hvs V (q α )=V (q α + q α ) Q α =0 og p α er en bevægeseskonstant.

Eksemper på transaton () For et konservatvt system (V er uafhængg q ) p = L = T og f. Lagranges gnnger ṗ q q = L = T V = T + Q q q q q n r (q α ) θ p α = T = ³ 1 q α q α r (q α + q α ) q α 7 q α + q α svarer t en rotaton af systemet: Ae stevektorer rees vnken n q α om n, hvor α er et bestemt neks, og n er en konstant vektor. r (q α + q α )=r (q α )+[n r (q α )]q α eer r = n r Q α = X X m ṙ = X m ṙ ṙ = X q α Hvs bnngerne kke afhænger ekspct af t: X T = 1 M k q q k, M k = X r m r, q q k k M k = X ³ r m r + r r = X q q k q q k T er uafhængg af q α og erme ṗ α = T + Q = Q α. α F r = X F n r = n X r F = n N m v n r = n X r (m v )=n L m ³ n r q r q k + r q n r q k =0. Hvs V (q α )=V (q α + q α ) Q α =0 og p α er en bevægeseskonstant..8

Jacobs ntegra og energbevarese.9 L t = X L t = X L q q t t + X q q + X L q q t + L t L q q t + L t = X L og Lagranges gnnger = L q t q q t q + L t Jacobs ntegra eer energfunktonen : h(q 1,...,q n, q 1,..., q n,t) X L q L q opfyer reatonen h t = L, vs. afhænger L kke ekspct af t er Jacobs ntegra bevaret. t h er mange tfæe en totae energ af systemet. Det er tfæet, hvs V kke afhænger af q,ogt er kvaratsk eer en homogen funkton af. gra q h = X q p L = X L q L = X T q q (T V )=T (T V )=T + V = E q [Homogen funkton af nte gra: f(τx 1, τx,...,τx p )=τ n f(x 1,x,...,x p ) px f(x 1,x,...,x p ) x = nf(x x 1,x,...,x p ) (Euers teorem, øvese).] =1 For en aet partke fås: L = 1 mṙ qφ(r)+qa(r) ṙ, p x = mẋ + qa x, h = ẋp x + ẏp y + żp z L = ẋ(mẋ+qa x )+ẏ(mẏ +qa y )+ż(mż +qa z ) 1 m(ẋ +ẏ +ż )+qφ q(a x ẋ+a y ẏ +A z ż) = 1 m ẋ + ẏ + ż + qφ = T + qφ = E (et magnetske fet ufører ntet arbee, et F B = qv B er vnkeret på r = vt). Benyttes Rayeghs sspaton F = 1 kv fås Q = F q og h t = E t = F