Материал: ДИНАМИКА

Внимание! Если размещение файла нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам

Последовательность действий при решении задач :

1)определить число степеней свободы и выбрать обобщенные координаты;

2)вычислить кинетическую энергию системы через обобщенные координаты qi и обобщенные скорости qi ;

3)составить выражения для работы активных сил (и сил трения), на возможном перемещении и определить обобщенные силы;

4)вычислить производные в левой части уравнений Лагранжа;

5)составить уравнения Лагранжа;

6)решить дифференциальные уравнения.

351

Лекция 14

3.57. Уравнения Лагранжа второго рода

Рассмотрим голономную механическую систему, состоящую из N точек на которую наложены идеальные и удерживающие связи.

N

 

 

d

2

rk

 

 

 

 

Fk

mk

 

 

rk

= 0

 

 

 

2

(1)

k =1

 

 

dt

 

 

 

 

Допустим, что рассматриваемая система имеет n степеней свободы, тогда ее положение определяется n обобщенными координатами q1, q2, …, qn,

rk = rk(q1, q2, …, qn,, t).

(2)

352

n

r

 

rk =

k

qi

q

i=1

 

i

 

Подставляем (3) в (1) и меняем местами индексы суммирования

n

N

rk

N

d 2rk rk

 

 

Fk

 

mk

 

 

 

 

 

qi = 0

qi

dt

2

 

 

i=1

k =1

k =1

 

 

qi

 

N

 

rk

 

 

 

 

d 2 rk

 

 

drk

Fk

 

= Qi

 

 

 

 

 

 

=

 

qi

 

 

 

dt 2

 

dt

k =1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

N

drk

 

rk

 

 

 

 

 

Q

m

 

q

= 0

 

 

 

 

i

k

 

 

 

 

 

i

 

 

i=1

 

 

k =1

dt qi

 

 

 

(3)

(4)

(5)

353

n

 

 

 

N

drk

 

rk

 

 

 

 

Q

m

 

q

= 0

 

 

 

 

 

i

 

k

 

 

 

 

i

 

i=1

 

 

 

k =1

dt qi

 

 

Применим тождества:

dr

 

r

 

 

 

d

 

 

 

 

r

 

 

 

 

 

d

 

r

 

k

 

 

k

=

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

r

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

dt qi

 

 

 

 

 

 

k

qi

 

 

 

 

 

 

 

dt

 

 

 

 

 

dt

qi

 

 

 

 

 

 

r

 

 

 

r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

=

 

 

 

k

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

qi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

qi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d

 

r

 

 

 

 

 

r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

=

 

 

 

k

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dt

q

 

 

 

q

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(5)

(6)

(а)

(б)

354

Преобразуем тождество (6) с учетом тождеств (а) и (б), в результате

 

dr

 

r

 

 

d

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

k

=

 

 

 

 

rk

 

 

 

rk

 

.

(7)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dt qi

 

 

 

rk

 

 

 

 

rk

 

 

 

 

 

 

 

dt

 

 

qi

 

 

qi

 

 

Подставим этот результат под знак суммы равенства (5)

 

 

 

 

 

 

 

n

 

N

 

 

d

 

rk N

 

 

 

rk

 

(8)

Qi mk

 

 

 

rk

 

 

+ mk rk

 

 

 

qi = 0

 

 

 

qi

 

 

 

 

i=1

 

k =1

 

dt

 

 

 

k =1

 

 

 

qi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Далее замечаем

N

mk

k =1

d r dt k

r

 

 

d

 

 

k

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

qi

 

 

dt qi

 

 

 

 

 

N

m r

2

 

 

 

 

 

 

 

k k

 

 

 

 

2

 

 

=

k =1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d T dt q

i

N

rk

 

 

 

N

 

 

2

 

T

 

 

 

 

 

mk rk

 

 

mk rk

 

= q

 

 

= q

355

q

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

i k =1

 

 

 

i

 

k =1