Energiefunktion des Pendels

Ich folge G. Teschls Buch für ODE und dynamische Systeme und in Aufgabe 6.26 werde ich gebeten, die Energiefunktion des mathematischen Pendels zu finden X ¨ = μ X ˙ S ich N ( X ) .

Das Buch zeigt einen Standardweg (glaube ich), um eine Energiefunktion zu finden, also habe ich versucht, es wie folgt zu emulieren:

Wir verstärken X ¨ = μ X ˙ S ich N ( X ) von X ˙ und wir bekommen X ¨ X ˙ = μ X ˙ 2 S ich N ( X ) X ˙ was geschrieben werden kann als D D T X ˙ 2 2 = μ X ˙ 2 S ich N ( X ) X ˙ . Jetzt werden wir anrufen U ˙ ( X ) = μ X ˙ S ich N ( X ) , Dann, D D T X ˙ 2 2 = U ˙ ( X ) X ˙ was uns zu führt D D T ( X ˙ 2 2 + U ( X ) ) = 0 . Und dies sollte die Ableitung der Energiefunktion des Doppelpendels darstellen. Jetzt möchte ich zeigen, dass die Energiefunktion als Liapunov-Funktion verwendet werden kann, um die Stabilität zu beweisen ( 0 , 0 ) Aber ich konnte das letzte nicht tun, ich konnte es nicht explizit lösen, daher wäre jede Hilfe sehr willkommen.

Vielen Dank Jungs <3

Können wir annehmen μ 0 ?

Antworten (1)

Ihr Argument ergibt keinen Sinn; die zeitliche Ableitung von U ( X ) ist nicht U ˙ ( X ) X ˙ sondern eher U ' ( X ) X ˙ . Die Schwierigkeit ergibt sich dann bei der Definition U ' ( X ) = μ X ˙ Sünde X , weil die rechte Seite von der Zeit abhängt.

Was Problem 6.26 wirklich fragt, ist, ob „die Energie“, gemeint ist die Energie für das Pendel ohne Reibung (das ist die Summe der kinetischen X ˙ 2 / 2 und Potenzial U ( X ) Wo U ' ( X ) = Sünde X ), bleibt für das Pendel mit Reibung erhalten. Die Antwort ist nein, weil die zeitliche Ableitung der Energie ergibt

T ˙ + U ˙ = X ˙ X ¨ + X ˙ Sünde X = μ X ˙ 2

was immer negativ ist (weil das Problem spezifiziert μ > 0 ).

„Die Energie“ (d. h. die Energie für das Pendel ohne Reibung) nimmt nun strikt entlang von Trajektorien ab, was Sinn macht: Das Pendel dissipiert Energie, wenn es sich in Richtung des asymptotischen Gleichgewichts am Ursprung im Phasenraum bewegt. Da die obige Energie jetzt strikt abnimmt, kann sie tatsächlich als Liapunov-Funktion verwendet werden.