理论力学---虚位移

实位移

质点系真实发生的位移。
同时满足动力学方程(牛顿定律)、初始条件和约束条件。

从约束的角度

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真实位移的性质

新的时刻和之前的时刻都需要满足约束方程
同时在新的时刻进行泰勒展开,得到
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两者相减得到df

同时对于定长约束而言
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注意到这里是点积等于0,意味着定长约束下,真实位移是垂直于系统约束的法向方向

点积:
点积在数学中,又称数量积(dot product; scalar product),是指接受在实数R上的两个向量并返回一个实数值标量的二元运算。它是欧几里得空间的标准内积。

例如:两个向量a = [a1, a2,…, an]和b = [b1, b2,…, bn]的点积定义为:
a·b=a1b1+a2b2+……+anbn。

虚位移

定义

给定瞬时,质系为约束所允许的,可能发生的无限小位移,用δr表示(dr表示真实位移)。
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注意:给定瞬时,时间没有变化。不需要时间,因此是虚位移。

变分与微分

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变分是函数之间的微小变化,可用于找出实际运动

等时变分

这里讲的是等时变分
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等时变分的思想从其本身就是与时间无关的,不管是否是非定长约束。

将向径进行等时变分就是虚位移,将几何约束方程进行等时变分就可以得到虚位移之间的关系。

向径:从原点指向质点的向量

计算:
例如
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和微分的式子是一样的

虚位移方向

定义

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从这个式子来看,虚位移也是垂直于约束面的法线方向

例题

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真实位移与虚位移的关系

定常条件下

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其中的虚位移可以有无数个,真实位移是这无数个虚位移中的一个。
比如:
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非定常条件下

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比如:
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这里的u表示速度,虚位移因为没有时间的概念,因此还是在原来t时刻平面的所有的方向的位移。但是实位移却是包含时间概念的真实的dr。

小结

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