Главная > ТЕНЗОРНЫЕ МЕТОДЫ В ДИНАМИКЕ (Дж.Л.Синдж)
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Пред.
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

Аналогия между многообразием конфигураций и времени, с одной стороны, и пространственно-временным многообразием теории относительности – с другой, побуждает нас перейти к общей системе координат $\bar{x}^{0}, \bar{x}^{t}$, определяемой формулами:
\[
\begin{array}{l}
\bar{x}^{0}=f^{0}\left(x^{1}, x^{2}, \ldots, x^{N}, t\right), \\
\bar{x}^{t}=f^{i}\left(x^{1}, x^{2}, \ldots, x^{N}, t\right) .
\end{array}
\]

При таком преобразовании время перестает быть привилегированной координатой в многообразии. Это сделано в работах Горака (Horak) [7], [8], которые содержат также переход к

квази-координатам. Имея, однако, в виду то обстоятельство, что в классической динамике, с которой мы сейчас имеем дело, временная координата действительно имеет привилегированное значение, представляется целесообразным воздержаться от вышеуказанного преобразования. Мы предпочтем метод Вундхейлера (Wundheiler) [3], оставляющий время на особом положенни.

Мы скажем несколько слов о методе Вундхейлера и предложим некоторую его модификацию, дающую значительные упрощения без нарушения общности – в том объеме, по крайней мере, какой требуется для рассматриваемых нами систем. Метод Вундхейлера изложен также у Вранчеану (Vranceanu) [16].

Мы рассмотрим реономную систему с кинетической энергией:
\[
T=\frac{1}{2} a_{i j}(x, t) \dot{x}^{i} \dot{x}^{j}+a_{i}(x, t) \dot{x}^{t}+\frac{1}{2} A(x, t) .
\]

Обозначим многообразие конфигураций и времени через $V_{N+1}$. $T$ определяет инвариантный линейный элемент в $V_{N+1}$,
\[
\begin{aligned}
d s^{2}=2 T d t^{2}=a_{i j}(x, t) d x^{i} d x^{j} & +2 \alpha_{i}(x, t) d x^{t} d t+ \\
& +A(x, t) d t^{2} .
\end{aligned}
\]

Уравнение $t=$ const определяет однопараметрическое семейство привилегированных поверхностей $V_{i v}(t)$ в $V_{N+1}$. Таким образом, движение системы может быть рассматриваемо либо как некоторая кривая в $V_{N+1}$, либо как движение точки в деформируемом пространстве $V_{N}{ }^{(t)}$ с линейным элементом
\[
d \sigma^{2}=a_{i j}(x, t) d x^{i} d x^{j} .
\]

Теорию таких деформируемых пространств Вундхейлер называет \”реономной геометрией“. Динамическая проблема приводится, таким образом, к обобщению задачи о движении точки по поверхности, форма которой меняется со временем. Вундх йле е считает, что невозможно идентифицировать точки на поверхности после преобразования, и исследует поэтому инвариантность уравнений относительно общего преобразования вида:
\[
\bar{x}^{i}=f^{i}\left(x^{1}, x^{2}, \ldots, x^{N}, t\right) .
\]

Так как это преобразование содержит параметр $t$, то возникает. необходимость в модификации обычного тензорного аппарата; назовем, следуя Вундхейлеру, некоторый объект „сильным“ тензором, если он подчиняется обычным формальным законам

тензорного преобразования, например:
\[
\bar{X}^{t}=X^{j} \frac{\partial \bar{x}^{t}}{\partial x^{j}} .
\]

Так как
\[
\overline{d x^{t}}=\frac{\partial \bar{x}^{i}}{\partial x^{j}} d x^{j}+\frac{\partial \bar{x}^{i}}{\partial t} d t,
\]

то $d x^{t}$ не является сильным тензором, но
\[
v_{i}=\frac{\partial T}{\partial \dot{x}^{i}}=a_{i} \dot{x}^{j}+a_{i}
\]

является сильным тензором.
Вундхейлеру удается придать уравнениям движения, также и в случае неголономной системы, форму равенств, свизывающих сильные тензоры. Он, однако, ошибается, полагая, что нет возможности идентифицировать точки поверхности после деформации. Линейный элемент (7.3) определяет абсолютную ортогональность в $V_{N+1}$, и, следовательно, ортогональные траектории в $V_{N}(t)$ имеют абсолютный смысл. Выберем их в качестве параметрических линий $t$. Тогда в $T$ исчезнут члены, содержащие $a_{i}$, и мы получим, не теряя общности, что
\[
\left\{\begin{aligned}
T & =\frac{1}{2} a_{i j}(x, t) \dot{x}^{l} \dot{x}^{j}+\frac{1}{2} A(x, t), \\
d s^{2} & =a_{i j}(x, t) d x^{t} d x^{j}+A(x, t) d t^{2} .
\end{aligned}\right.
\]

Координаты $x^{i}$ могут быть произвольно выбраны в $V_{N}(0)$ : таким образом, мы получаем инвариантность лишь относительно преобразований
\[
\bar{x}^{l}=f^{i}\left(x^{1}, x^{2}, \ldots x^{N}\right),
\]

не содержащих никакого параметра. A является инвариантом, и мы должны рассматривать теперь деформируемую поверхность $V_{N}(t$, на которой
\[
d \sigma^{2}=a_{i j}(x, t) d x^{t^{t}} d x^{t} .
\]

В дальнейшем исчезает необходимость говорить о сильных тензорах. Тем не менее, вследствие зависимости фундаментального тензора $a_{i j}$ от времени необходимо некоторое изменение тензорного аппарата. Заметим, что если $S$ есть тензорное поле, то $\partial S / \partial t$ также является тензорным полем. Обычное определение ковариантной производной сохраняется, например:
\[
D_{j} S^{t}=\frac{\partial S^{t}}{\partial x^{j}}+\left\{\begin{array}{l}
i \\
j k
\end{array}\right\} S^{\boldsymbol{k}}, \quad D_{k} a_{i i}=0 .
\]

Сохраняется также формула для абсолютной производной вдоль кривой $x^{i}=x^{i}(u)$, например:
\[
\frac{\delta S t}{\delta u}=\frac{d S i}{d u}+\left\{\begin{array}{l}
i \\
j k
\end{array}\right\} S^{j} \frac{d x^{k}}{d u} .
\]

Однако для абсолютной производной тензорного поля мы получаем, например,
\[
\frac{\delta S t}{\delta u}=\left(D_{j} S^{i}\right) \frac{d x J}{d u}+\frac{\partial S i}{\partial t} \frac{d t}{d u} .
\]

Недостаток места не позволяет входить здесь в детали. Я укажу только, что для голономной системы уравнения движения
\[
\frac{d}{d t} \frac{\partial T}{\partial \dot{x}^{i}}-\frac{\partial T}{\partial x^{i}}=X_{i}
\]

сводятся сразу к тензорной форме:
\[
\frac{\delta v^{i}}{\partial t}=X^{t}-b_{\cdot, j}^{i} v^{j}+\frac{1}{2} A^{t}
\]

где
\[
X^{t}=a^{i j} X_{j}, \quad b_{j}^{i}=a^{l k} \frac{\delta a_{j k}}{\partial t}, \quad A^{t}=a^{i j} \frac{\delta A}{\partial x^{j}}, \quad v^{t}=\frac{d x^{t}}{d t} .
\]

Categories

1
email@scask.ru