Auf Folie 16 dieser Präsentation wird ohne Beweis angegeben, dass ein geschwindigkeitsabhängiges Potential gegeben ist , die zugehörige verallgemeinerte Kraft ist
Mein bisheriger Versuch
Verallgemeinerte Kräfte sind wie folgt definiert.
Seit
Ich habe also offensichtlich bewiesen, dass der erste Term gilt, aber woher kommt der zweite? Oder, vielleicht meine Interpretation, dass gilt für geschwindigkeitsabhängige Potentiale ist falsch? Kann jemand klären?
Ich bezweifle, dass OP die Gültigkeit der EL-Gleichungen durch geschwindigkeitsabhängige Potentiale auf irgendeine Weise feststellen kann.
Sofern die EL-Gleichungen (oder alternativ das Variationsprinzip) nicht als Axiom postuliert werden, ist der wahrscheinlich natürlichste Weg, sie zu erreichen, das Argument, das in Classical Mechanics von Goldstein präsentiert wird, das viel zu lang ist, um es hier wiederzugeben.
Um es kurz zu machen, durch die Analyse von Systemen mit holonomen Einschränkungen kann man zu der Tatsache gelangen, dass die EoMs geschrieben werden können als
Von diesem Punkt an kann man dann erkennen, dass die gegebene Aktion funktional ist
Man schlägt dann dieses Variationsprinzip als grundlegend vor, also sagen wir, dass ein Lagrange-System eines mit einem Aktionsfunktional der Form ist
Nun kann man den Fall eines gewöhnlichen Teilchens in betrachten , dessen Lagrange-Funktion von der Form ist
Nun, der Punkt ist, das ist im Grunde nichts Tiefes. Alles, was wir abgeleitet haben, ist, dass, wenn ein Lagrange einen geschwindigkeitsabhängigen Potentialterm hat, die EoMs so aussehen.
Ich kenne nur zwei Arten von geschwindigkeitsabhängigen Kräften in der Physik (möglicherweise mehr, idk), Reibungen und die Lorentz-Kraft. Wie dem auch sei, die Lorentz-Kraft kann auf diese Weise beschrieben werden, während die meisten Reibungskräfte dies nicht können (es gibt einige Ausnahmen, aber die Lagrangians haben in diesen Fällen keine wirkliche Bedeutung, sondern nur mathematische Kuriositäten).
Meiner Meinung nach die speziell Fall einer verallgemeinerten Kraft, die mit einem geschwindigkeitsabhängigen Potential verbunden ist
Jetzt fangen wir mit einer Kraft an
Notiz :
Diese Ausarbeitung [um ein geschwindigkeitsabhängiges Potential zu finden für die elektromagnetische Lorentz-Kraft] ist identisch mit der .pdf-Datei im Link, den der Benutzer @Alex Opremcak in seinem Kommentar angegeben hat
Es ist nur eine Verallgemeinerung, so dass die Dinge genauso "aussehen" wie im geschwindigkeits- / zeitunabhängigen Fall. Siehe Physik 5153 Klassische Mechanik - Geschwindigkeitsabhängige Potentiale . Ich empfehle, dieses Problem für die Lorentz-Kraft zu lösen und zu sehen, dass alles in Ordnung ist. – Alex Opremcak.
Kein Nachweis erforderlich. OPs Gl. (1) ist nur die definierende Beziehung für ein geschwindigkeitsabhängiges Potential . OPs Gl. (3) ist nicht immer gültig.
Früher dachte ich, dies könnte abgeleitet werden. Eine frühere Antwort besagte, dass es so definiert ist, aber warum es so definiert wurde, ist wichtig herauszufinden. Dazu müssen wir auf die Entwicklung der Lagrange-Gleichungen zurückgreifen.
Bei der Ableitung der Lagrange-Gleichungen kommen wir schließlich an den Punkt, an dem wir haben:
[Basisgleichung]
Hier ist T die kinetische Energie und ist die verallgemeinerte Kraft. Wenn das System konservativ ist, dann wissen wir es aus der grundlegenden Mechanik (eine Kraft) kann durch die negative Änderung eines Potentials dargestellt werden. Das ist, kann dargestellt werden als:
Dann können wir haben:
Und da , unser Potential, keine Funktion der Geschwindigkeit ist (enthält keine Geschwindigkeitsterme), können wir schreiben:
Angenommen, wir wollen diese Gleichungen verwenden, aber wir haben Kräfte in unserem System, die geschwindigkeitsabhängig sind. Können wir den Lagrangian dieser Form noch verwenden? Wenn wir das empfohlene Rezept für verwenden
Wenn wir das dann in die Basisgleichung einsetzen und dem gleichen Verfahren folgen:
Wir können also dieselben Lagrange-Gleichungen für eine geschwindigkeitsabhängige Kraft verwenden, wenn wir diese Kraft definieren können wie in der Frage beschrieben. In der Elektrodynamik können wir das. Nicht einfach, aber der Prozess wird in der vorherigen Antwort auf diese Frage recht gut behandelt.
Bence Racskó
Trevor Kafka
Trevor Kafka
Alex Opremcak
Trevor Kafka
Alex Opremcak