Warum ist das Potential unabhängig von der verallgemeinerten Geschwindigkeit?

In Goldstein, Klassische Mechanik , Kap. 1.4 leiten wir die Lagrange-Gleichungen aus dem D'Alembert-Prinzip ab. Meine Frage bezieht sich auf den letzten Teil der Ableitung, insbesondere auf den Teil, in dem er die Lagrange-Funktion einführt L definiert als T v :

(1.53) D D T ( T Q ˙ J ) T Q J Q J = 0 ,
(1.54) Q J = v Q J .
Was beim Ersetzen ergibt:
(1,55) D D T ( T Q ˙ J ) ( T v ) Q J = 0 .

Der nächste Schritt verwirrt mich. Er erklärt, dass das Potenzial v hängt nicht von den verallgemeinerten Geschwindigkeiten ab, also nimmt er die folgende Substitution vor, die "keine Auswirkung auf die Differenzierung in Bezug auf hat Q ˙ J ":

D D T ( ( T v ) Q ˙ J ) ( T v ) Q J = 0.
Was zu Bekanntem führt:
(1,57) D D T ( L Q ˙ J ) L Q J = 0.

Es macht intuitiv Sinn. Schließlich können Sie die Position eines Teilchens variieren, ohne seine momentane Geschwindigkeit am Ende seines Weges zu beeinflussen, wodurch eine Änderung des Potentials ohne eine entsprechende Änderung der Geschwindigkeit verursacht wird.

Meine Verwirrung entsteht, wenn Sie die Bewegungsgleichungen a priori kennen: v ist von der Position abhängig, die Position ist von der Zeit abhängig (aus Bewegungsgleichungen) und die Geschwindigkeit ist von der Zeit abhängig. Bedeutet dies nicht, dass eine Beziehung zwischen der Potentialfunktion und der Geschwindigkeit besteht ?

Antworten (1)

Kommentare zur Frage (v2):

  1. Zunächst einmal sollte erwähnt werden, dass Goldstein sich beeilt, gleich auf der nächsten Seite verallgemeinerte geschwindigkeitsabhängige Potentiale zu definieren

    (1.58) Q J   =   U Q J + D D T ( U v J ) .

  2. Es scheint, dass der Kern der Frage von OP der oft gestellten Frage entspricht, wie man sich positionieren kann Q und Geschwindigkeit v unabhängige Variablen in der Lagrange-Funktion sein L ( Q , v , T ) ? Dies wurde zB in diesem Phys.SE-Beitrag beantwortet.

Zu 2: Für das einfache Beispiel der Projektilbewegung schreibt man die y-Koordinate als Funktion der Geschwindigkeit als solche: j = j 0 + 1 2 v 0 2 + 2 v 0 v + 1 2 v 2 G Setzen wir dies in das Potential V (in diesem Fall mgy) ein, sehen wir, dass V von der Geschwindigkeit abhängt, was scheinbar ∂U/∂v = 0 widerspricht.
Hier ein Erklärungsversuch: Eine Lösung von eoms hängt von der Wahl der Anfangsbedingungen ab ( Q 0 , v 0 ) . Der Lagrange L ( Q ( T ) , v ( T ) , T ) (und damit das Potential) ist eine Zustandsfunktion, die nur vom Zustand abhängen darf ( Q ( T ) , v ( T ) ) des Systems in einem Augenblick T zu einer Zeit. Wenn L von mehr als einem Moment gleichzeitig abhängt, würde es nicht lokal werden. Insbesondere darf nicht von Anfangsbedingungen (die sich auf einen anderen Zeitpunkt beziehen) abhängig gemacht werden. Eine ausführlichere Erklärung finden Sie im verlinkten Beitrag.
Was ist der Grund dafür, warum der Lagrange lokal sein muss?
Im Zusammenhang mit Goldstein ist dies eine implizite Annahme.