Главная > ВАРИАЦИОННЫЕ ПРИНЦИПЫ МЕХАНИКИ (Л.С. Полак)
НАПИШУ ВСЁ ЧТО ЗАДАЛИ
СЕКРЕТНЫЙ БОТ В ТЕЛЕГЕ
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Пред.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
141
142
143
144
145
146
147
148
149
150
151
152
153
154
155
156
157
158
159
160
161
162
163
164
165
166
167
168
169
170
171
172
173
174
175
176
177
178
179
180
181
182
183
184
185
186
187
188
189
190
191
192
193
194
195
196
197
198
199
200
201
202
203
204
205
206
207
208
209
210
211
212
213
214
215
216
217
218
219
220
221
222
223
224
225
226
227
228
229
230
231
232
233
234
235
236
237
238
239
240
241
242
243
244
245
246
247
248
249
250
251
252
253
254
255
256
257
258
259
260
261
262
263
264
265
266
267
268
269
270
271
272
273
274
275
276
277
278
279
280
281
282
283
284
285
286
287
288
289
290
291
292
293
294
295
296
297
298
299
300
301
302
303
304
305
306
307
308
309
310
311
312
313
314
315
316
317
318
319
320
321
322
323
324
325
326
327
328
329
330
331
332
333
334
335
336
337
338
339
340
341
342
343
344
345
346
347
348
349
350
351
352
353
354
355
356
357
358
359
360
361
362
363
364
365
366
367
368
369
370
371
372
373
374
375
376
377
378
379
380
381
382
383
384
385
386
387
388
389
390
391
392
393
394
395
396
397
398
399
400
401
402
403
404
405
406
407
408
409
410
411
412
413
414
415
416
417
418
419
420
421
422
423
424
425
426
427
428
429
430
431
432
433
434
435
436
437
438
439
440
441
442
443
444
445
446
447
448
449
450
451
452
453
454
455
456
457
458
459
460
461
462
463
464
465
466
467
468
469
470
471
472
473
474
475
476
477
478
479
480
481
482
483
484
485
486
487
488
489
490
491
492
493
494
495
496
497
498
499
500
501
502
503
504
505
506
507
508
509
510
511
512
513
514
515
516
517
518
519
520
521
522
523
524
525
526
527
528
529
530
531
532
533
534
535
536
537
538
539
540
541
542
543
544
545
546
547
548
549
550
551
552
553
554
555
556
557
558
559
560
561
562
563
564
565
566
567
568
569
570
571
572
573
574
575
576
577
578
579
580
581
582
583
584
585
586
587
588
589
590
591
592
593
594
595
596
597
598
599
600
601
602
603
604
605
606
607
608
609
610
611
612
613
614
615
616
617
618
619
620
621
622
623
624
625
626
627
628
629
630
631
632
633
634
635
636
637
638
639
640
641
642
643
644
645
646
647
648
649
650
651
652
653
654
655
656
657
658
659
660
661
662
663
664
665
666
667
668
669
670
671
672
673
674
675
676
677
678
679
680
681
682
683
684
685
686
687
688
689
690
691
692
693
694
695
696
697
698
699
700
701
702
703
704
705
706
707
708
709
710
711
712
713
714
715
716
717
718
719
720
721
722
723
724
725
726
727
728
729
730
731
732
733
734
735
736
737
738
739
740
741
742
743
744
745
746
747
748
749
750
751
752
753
754
755
756
757
758
759
760
761
762
763
764
765
766
767
768
769
770
771
772
773
774
775
776
777
778
779
780
781
782
783
784
785
786
787
788
789
790
791
792
793
794
795
796
797
798
799
800
801
802
803
804
805
806
807
808
809
810
811
812
813
814
815
816
817
818
819
820
821
822
823
824
825
826
827
828
829
830
831
832
833
834
835
836
837
838
839
840
841
842
843
844
845
846
847
848
849
850
851
852
853
854
855
856
857
858
859
860
861
862
863
864
865
866
867
868
869
870
871
872
873
874
875
876
877
878
879
880
881
882
883
884
885
886
887
888
889
890
891
892
893
894
895
896
897
898
899
900
901
902
903
904
905
906
907
908
909
910
911
912
913
914
915
916
917
918
919
920
921
922
923
924
925
926
927
928
929
930
931
932
933
След.
Макеты страниц

Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше

Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике

ДЛЯ СТУДЕНТОВ И ШКОЛЬНИКОВ ЕСТЬ
ZADANIA.TO

17. Для любой системы из трех точек известные дифференциальные уравнения движения вто рого порядка охватываются следующей формулой :
m1(x1δx1+y1δy1+z1δz1)+m2(x2δx2+y2δy2+z2δz2)++m3(x3δx3+y3δy3+z3δz3)=δU,

причем известная силовая функция U принимает форму
U=m1m2f(1,2)+m1m3f(1,3)+m2m3f(2,3),

где f(1,2),f(1,3),f(2,3) соответственно представляют собой функции трех следующих взаимных расстояний точек системы :
r(1,2)=(x1x2)2+(y1y2)2+(z1z2)2.r(1,3)=(x1x3)2+(y1y3)2+(z1z3)2,r(2,3)=(x2x3)2+(y2y3)2+(z2z3)2.}

Следовательно, известные дифференциальные уравнения движения отдельно для точки m1 имеют вид:
x1=m2δf(1,2)δx1+m3δf(1,3)δx1,y1=m2δf(1,2)δy1+m3δf(1,3)δy1,z1=m2δf(1,2)δz1+m3δf(1,3)δz1;}

для точек m2 и m3 имеем шесть аналогичных уравнений. Здесь x1 и т.д. обозначают компонснты ускорения точек m1,m2,m3 или вторые производные их координат, взятые по времени. Проинтегрировать эти уравнения — значит найти с их помощью девять соотношений между временем t, тремя массами m1,m2,m3, девятью переменными координатами x1,y1,z1,x2,y2,z2,x3,y3,z3 и их девятью начальными значениями и девятью начальными мерами их приращений, которые можно обозначить как a1,b1,c1,a2,b2,c2,a3,b3,c3, a1,b1,c1,a2,b2,c2,a3,b3,c3. Известный промежуточный интеграл, включающий закон живой силы, а именно:
12m1(x12+y12+z12)+12m2(x22+y22+z22)+12m3(x32+y32+z32)==m1m2f(1,2)+m1m3f(1,3)+m2m3f(2,3)+H,

дает следующее начальное соотношение :
12m1(a12+b12+c12)+12m2(a22+b22+c22)+12m3(a32+b32+c32)==m1m2f0(1,2)+m1m3f0(1,3)+m2m3f0(2,3)+H,

в котором f0(1,2),f0(1,3),f0(2,3) конструируются из начальных координат точно так же, как f(1,2),f(1,3),f(2,3) из конечных координат. Теперь, если бы мы знали девять конечных интегралов уравнений движения этой тройной системы и сочетали их с начальной формой (125) закона живой силы, то мы имели бы десять соотношений для определения десяти величин t,a1,b1,c1,a2,b2,c2, a3,b3,c3, т. е. времени и девяти начальных компонентов скоростей трех точек как функций девяти конечных и девяти начальных координат, а также — величины H, включая также и массы. Мы могли бытаким образом определить все, что зависит от способа и времени движения системы из ее начального в конечное положение, в качестве функции тех же граничных

координат и H. В частности, мы могли бы определить действие V или накопленную живую силу системы, а именно:
V=m10t(x12+y12+z12)dt+m20t(x22+y22+z22)dt+m30t(x32+y32+z32)dt,

как функцию этих девятнадцати величин x1,y1,z1,x2,y2,z2,x3,y3,z3,a1,b1,c1, a2,b2,c2,a3,b3,c3,H и могли бы вычислить вариацию этой функции
δV=δVδx1δx1+δVδy1δy1+δVδz1δz1+δVδa1δa1+δVδb1δb1+δVδc1δc1++δVδx2δx2+δVδy2δy2+δVδz2δz2+δVδa2δa2+δVδb2δb2+δVδc2δc2++δVδx3δx3+δVδy3δy3+δVδz3δz3+δVδa3δa3+δVδb3δb3+δVδc3δc3+δVδHδH.

Однако закон переменного действия предварительно дает для этой вариации выражение
δV=m1(x1δx1a1δa1+y1δy1b1δb1+z1δz1c1bc1)++m2(x2δx2a2ba2+y2δy2b2δb2+z2δz2c2bc2)++m3(x3δx3a3ba3+y3δy3b3δb3+z3δz3c3bc3)+tδH

и, следовательно, показывает, что отыскание всех промежуточных и конечных интегральных уравнений движения системы может быть сведено к отысканию и дифференцированию этой одной характеристической функции V, потому что если бы мы знали эту одну функцию, то имели бы девять промежуточных интегралов известных дифференциальных уравнений в виде
δVδx1=m1x1,δVδy1=m1y1,δVδz1=m1z1δVδx2=m2x2,δVδy2=m2y2,δVδz2=m2z2δVδx3=m3x3,δVδy3=m3y3,δVδz3=m3z3}

и девять конечных интегралов в виде
δVδa1=m1a1,δVδb1=m1b1,δVδc1=m1c1;δVδa2=m2a2,δVδb2=m2b2,δVδc2=m2c2;δVδa3=m3a3,δVδb3=m3b3,δVδc3=m3c3,

причем вспомогательная постоянная H исключается и время t вводится посредством другого уравнения, часто встречающегося в данной работе:
t=δVδH.

Тот же закон переменного действия подсказывает еще один метод исследования формы этой характеристической функции, не требующий предварительного интегрирования известных уравнений движения, а именно, интегрирование двух уравнений в частных производных, связанных с законом живой силы :
12m1{(δVδx1)2+(δVδy1)2+(δVδz1)2}+12m2{(δVδx2)2+(δVδy2)+(δVδz2)2}++12m3{(δVδx3)2+(δVδy3)2+(δVδz3)2}=m1m2f(1,2)+m1m3f(1,3)+m2m3f(2,3)+H

и
12m1{(δVδa1)2+(δVδb1)2+(δVδc1)2}+12m2{(δVδa2)2+(δVδb2)+(δVδc2)}++12m3{(δVδa3)2+(δVδb3)2+(δVδc3)2}=m1m2f0(1,2)+m1m3f0(1,3)+m2m3f0(2,3)+H.

Для того чтобы облегчить определение этим способом функции V, которая зависит от 18 координат, мы можем, исходя из принципов, изложенных ранее, разделить ее на часть Vn, зависящую только от движения центра тяжести системы и определяемую формулой ( H1), и на часть V, зависящую только от относительных движений вокруг этого внутреннего центра и равную накопленной живой силе, связанной только с этим относительным движением. Таким образом, трудность сводится к определению относительного действия V, ; и если мы введем относительные координаты

и
ξ1=x1x3,η1=y1y3,ζ1=z1z3,ξ2=x2x3,η2=y2y3,ζ2=z2z3}
α1=a1a3,β1=b1b3,γ1=c1c3,α2=a2a3,β2=b2b3,γ2=c2c3,

то, исходя из принципов, изложенных в десятом и последующих параграфах легко убедиться в том, что функция V, может рассматриваться как зависящая только от этих относительных координат и от величины H, аналогичной H (помимо масс системы), и что она должна удовлетворять двум уравнениям в частных производных, аналогичным (F4) и (G4), а именно :
12m1{(δVδξ1)2+(δVδη1)2+(δVδζ1)2}+12m2{(δVδξ2)+(δVδη2)+(δVδζ2)2}++12m3{(δVδξ1+δVδξ2)+(δVδη1+δVδη2)+(δVδξ1+δVδξ2)2}==m1m2f(1,2)+m1m3f(1,3)+m2ng(2,3)+H,

и
12m1{(δVδα1)2+(δVδβ1)+(Vδγ1)2}+12m2{(δVδα2)2+(δVδβ2)2+(δVδγ2)2}++12m3{(δVδα1+δVδα2)2+(δVδβ1+δVδβ2)2+(δVδγ1+δVδγ2)2}==m1m2f0(1,2)+m1m3f0(1,3)+m2m3f0(2,3)+H

При этом закон вариации этой функции по z имеет вид :
δV,=tδH,+m1(ξ1δξ1α1δα1+η1δη1β1δβ1+ζ1δζ1γ1δγ1)++m2(ξ2δξ2α2δα2+η2δη2β2δβ2+ζ2δζ2γ2δγ2)1m1+m2+m3{(m1ξ1+m2ξ2)(m1δξ1+m2δξ2)(m1α1+m2α2)(m1δα1+m2δα2)+(m1η1+m2η2)(m1δη1+m2δη2)(m1β1+m2β2)(m1δβ1+m2δβ2)+(m1ζ1+m2ζ2)(m1ζ1+m2ζ2)(m1γ1+m2γ2)(m1δγ1+m2δγ2)}.

Это выражение таким же образом, как и выше, распадается на шесть промежуточных и шесть конечных интегралов относительного движения, а именно на следующие уравнения :
1m1δVδξ1=ξ1m1ξ1+m2ξ2m1+m2+m3,1m2δVδξ2=ξ2m1ξ1+m2ξ2m1+m2+m3;1m1δVδη1=η1m1η1+m2η2m1+m2+m3,1m2δVδη2=η2m1η1+m2η2m1+m2+m3;1m1δVδξ1=ζ1m1ξ1+m2ζ2m1+m2+m3,1m2δVδζ2=ζ2m1ζ1+m2ζ2m1+m2+m3}

и
1m1δVδα1=α1m1α1+m2α2m1+m2+m3,1m2δVδα˙2=α2m1α1+m2a2m1+m2+m3;1m1δV,δβ1=β1m1β1+m2β2m1+m2+m3,1m2δVδβ2=β2m1β1+m2β2m1+m2+m3;1m1δVδγ1=γ1m1γ1+m2γ2m1+m2+m3,1m2δVδγ2=γ2m1γ1+m2γ2m1+m2+m3,}

которые следует комбинировать с нашей старой формулой
δVδH=t
18. Величина H, в V, и аналогичная величина Hn в Vn, действительно, независимы от времени и не меняются в ходе движения, но дух нашего метода требует того, чтобы при выведении абсолютного действия или первоначальной характеристической функции V из двух частей V, и V, мы рассматривали эти две части H, и H\»  первоначальной величины H как функции, каждая из которых включает девять начальных и девять конечных интегралов точек тройной системы ; при этом формы этих двух функций восемнадцати координат и H определяются двумя условиями :
δVδH=δVδH,H,+H=H.

Однако из этих условий вытекает, что когда мы берем вариацию полной первоначальной функции V первого порядка по отношению к восемнадцати координатам, то можем рассматривать две вспомогательные величины H, и H\»  как постоянные; следовательно, мы имеем следующие выражения

для частных производных первого порядка V, взятых по координатам, параллельным x :
δVδx1=δVδξ1+m1m1+m2+m3δVδx;δVδa1=δVδa1+m1m1+m2+m8δVδa;δVδx2=δV,δξ2+m2m1+m2+m3δVδx;δVδa2=δVV1δα2+m1m1+m2+m3δVδa;δVδx3=δVδξ1δVδξ2+m3m1+m2+m3δVδx;δVδa3=δVδα1δVδa2+m3m1+m2+m3δVδa,

совместно с аналогичными выражениями для частных производных того же порядка, взятых по другим координатам. Подставляя эти выражения в выражения формы (0):
δVδx1+δVδx2+δVδx3+δVδa1+δVδa2+δVδa3=0,δVδy1+δVδy2+δVδy3+δVδb1+δVδb2+δVδb3=0,δVδz1+δVδz2+δVδz3+δVδc1+δVδc2+δVδc3=0,}
δVδx1=δV,δξ1+m1m1+m2+m3δVδx2=δV,δξ2+m2m1+m2+m3δVδx3=δV,δξ1δVδξ2+m3m1+m2 совместно с аналогичным  же порядка, взятых по д  в выражения формы (0): δVδx1+δVδx2+δVδx3+δVδa1+δVδa2+δVδa3=0,δVδy1+δVδy2+δVδy3+δVδb1+δVδb2+δVδb3=0,δVδz1+δVδz2+δVδz3+δVδc1+δVδc2+δVδc3=0,}

мы убеждаемся в том, что эти уравнения становятся тождествами, так как
δVδx+δVδa=0,δVδy+δVδb=0,δVδz+δVδc=0.

Однако, подставляя аналогичным образом выражения (O4) в уравнения вида (P), первое из которых для тройной системы имеет вид:
x1δVδy1y1δVδx+x2δVδy2y2δVδx2+x3δVδy3y3δVδx3++a1δVδb1b1δVδa1+a2δVδb2b2δVδa2+a3δVδb3b3δVδa3=0,

и принимая во внимание условие
xδVδyynδVδx+anδVδbbδVδal=0

наряду с двумя другими аналогичными условиями, мы найдем, что часть V, или характеристическая функция относительного движения тройной системы, должна удовлетворять трем следующим условиям, включающим ее частные производные первого порядка и первой степени:
0=ξ1δVδη1η1δVδξ1+ξ2δVδη2η2δVδξ2+α1δVδβ1β1δVδa1+α2δVδβ2β2δVδa2,0=η1δVδξ1ζ1δVδη1+η2δVδξ2ζ2δVδη2+β1δVδγ1γ1δVδβ1+β2δVδγ2γ2δVδβ2,0=ζ1δVδξ1ξ1δVδξ1+ζ2δVδξ2ξ2δVδζ2+γ1δVδα1α1δVδγ1+γ2δVδα2α2δVδγ2}

Отсюда видно, что эта функция может зависеть только от формы и размеров пятиугольника, вообще не плоского, образуемого точкой m3 (рассматриваемой как неподвижная) и начальными и конечными положениями двух

других точек m1 и m2; например, пятиугольник, углы которого расположены в следующем порядке: m3,(m1),(m2),m2,m1, причем (m1) и (m2) обозначают начальные положения точек m1 и m2 относительно m3 как неподвижного начала. Форма и величина этого пятиугольника могут определяться десятью взаимными расстояниями его пяти вершин, т. е. пятью сторонами и пятью диагоналями, которые могут быть обозначены следующим образом :
m3(m1)=S1,(m1)(m2)=S2,(m2)m2=S3,m2m1=S4,m1m3=S5,m3(m2)=d1,m1)m2=d2,(m2)m1=d3,m2m3=d4,m1(m1)=d5,}

где значения S1,,d5 в качестве функций двенадцати относительных координат таковы :
S1=α12+β12+γ12,S2=(α2α1)2+(β2β1)2+(γ2γ1)2,S3=(ξ2α2)2+(η2β2)2+(ζ2γ2)2S4=(ξ1ξ2)2+(η1η2)2+(ζ1ζ2)2,S5=ξ12+η12+ζ12,d1=α22+β22+γ22,d2=(ξ2α1)2+(η2β1)2+(ζ2γ1)2,d3=(ξ1α2)2+(η1β2)2+(ζ1γ2)2d4=ξ22+η22+ζ22,d5=(ξ1α1)2+(η1β1)2+(ζ1γ1)2.}

Эти десять расстояний S1 и т. д. не являются, однако, полностью независимыми, а связаны одним уравнением, а именно [83] :
Unknown environment 'tabular'

+2S1S3d2d3+2S2S4d3d4+2S3S5d4d5+2S4S1d5d1+2S5S2d1d2++2S1S4d1d2+2S2S5d2d3+2S3S1d3d4+2S4S2d4d5+2S5S3d5d1++2S1S4d1d3+2S2S5d2d4+2S3S1d3d5+2S4S2d4d1+2S5S3d5d2++2S1S4d2d3+2S2S5d3d4+2S3S1d4d5+2S4S2d5d1+2S5S3d1d2++2S1S4d3d4+2S2S5d4d5+2S3S1d5d1+2S4S2d1d2+2S5S3d2d3++2S1d1d2d3+2S2d2d3d4+2S3d3d4d5+2S4d4d5d1+2S5d5d1d2++2S1d3d4d5+2S2d4d5d1+2S3d5d1d2+2S4d1d2d3+2S5d2d3d4++2d1d2d3d4+2d2d3d4d5+2d3d4d5d1+2d4d5d1d2+2d5d1d2d3.

Поэтому они могут быть выражены как функции девяти независимых величин, например четырех линий и пяти углов r(1),r0(1),r(2),r0(2),θ(1),θ0(1), θ(2),θv(2),i, от которых они зависят, следующим образом :
S1=r0(1)2S2=r0(12+r0(2)22r0(1)r0(2)(cosθ0(1)cos0(2)+sinθ0(1)sinθ0(2)cosi)S3=r(2)2+r0(2)22r(2)r0(2)cos(θ(2)θ0(2)),S4=r(2/2+r(1/22r(2)r(1)(cosθ(1)cosθ(2)+sinθ(1)sinθ(2)cosi)S5=r(1)2d1=r0(2)2d2=r(2)2+r0(1)22r(2)r0(1)(cosθ(2)cosθ0(1)+sinθ(2)sinθ0(1)cosi)d3=r0(2)+r(1/22r0(2)r(1)(cosθ0(2)cosθ(1)+sinθ(2)sinθ(1)cosi)d4=r(2)2d5=r(1/2+r0(1/22r(1)r0(1)cos(θ(1)θ0(1)).

При этом два линейных символа r(1),r(2) означают для краткости те же два конечных радиуса-вектора, которые ранее были обозначены как r(1,3), r(2,3),ar0(1) и r0(2) представляют собой начальные значения этих радиусов; θ(1),θ(2),θ0(1),θ0(2) представляют собой углы, образуемые этими радиусами с линией пересечения двух плоскостей r0(1),r(1),r0(2),r(2), а i представляет собой наклон этих двух плоскостей по отношению друг к другу. Поэтому мы можем считать, что характеристическая функция V, относительного движения для любой тройной системы зависит только от этих последних линий и углов и величины H.

Рассуждение, которое мы сочли полезным здесь развить для любой системы трех точек, притягивающих или отталкивающих одна другую в зависимости от любых функций их расстояний, уже приводилось в более общей форме в п. 12 этой работы и показывает, например, что характеристическая функция относительного движения в системе четырех таких точек зависит от формы и величины семиугольника и, следовательно, только от взаимных расстояний его углов, число которых (762=)21, но которые связаны шестью уравнениями условий, так что независимыми остаются \»только пятнадцать. Эти замечания легко можно распространить на любую множественную систему.

1
Оглавление
email@scask.ru