Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

sr004

.pdf
Скачиваний:
9
Добавлен:
25.02.2016
Размер:
183.63 Кб
Скачать

ìx = r cos j ;

í

î y = r sin j.

u = u(r;j; t

, (34)

:

 

u(r0 ;j ; t = 0 .

(35)

,

u¢¢

+u¢¢

=

1

(ru¢

)¢

+

1

u¢¢2

.

r

r 2

xx

yy

 

r

r

 

ϕ

,

:

¢¢

 

2

æ

1

¢

¢

1

 

¢¢

ö

 

 

 

- a

 

ç

 

) +

 

u

÷

= 0

 

 

utt

 

r

(rur

r 2

 

2

.

(36)

 

 

 

è

 

r

ϕ

 

ø

 

, .

(36),

(35) :

u = R(r )F j( T) t .

(37)

u (10) (36), :

 

 

 

T ¢¢

é

¢

1

ù

 

 

 

 

 

 

- a2 ê

(rR¢ )+

 

 

F¢¢

ú = 0

.

 

 

 

 

 

T

r 2

 

 

 

 

 

 

 

ê

rR

 

 

 

F ú

 

 

 

 

 

 

ë

 

 

 

û

 

 

 

, :

 

 

T ¢¢

= -a2n 2 ,

(rR¢ ¢)+

 

1

 

 

 

F¢¢

= -n 2

,

(38)

 

 

2

 

 

 

 

T

 

rR

 

r

 

 

 

F

 

 

 

n 2 - . (38)

:

T (t ) = A cosn at + B sinn at ,

. (38)

 

F¢¢

é

(rR¢

¢

 

ù

 

 

= -r 2 ê

)

+n 2 ú

,

 

F

rR

 

 

 

ê

 

 

ú

,

ë

 

 

 

û

 

 

 

 

 

 

 

F¢¢ = , - r 2 éê(rR¢ ¢)

Fê rR

ë

ù

+n 2 ú = c .

ú

û

c , F(j

2p - . ,

= -k 2 , k = 0, 1, 2,.... .

F(j = 1 cos kj + C2 sin kj ,

1 , C2 - .

R(r

é

(rR¢

¢

 

ù

 

- r 2 ê

)

+n 2 ú = -k 2

,

rR

 

 

ê

 

 

ú

ë

 

 

 

û

 

 

¢¢

 

1

 

¢

 

æ

 

k

2

ö

 

R

+

R

 

ç 2

-

 

÷

(39)

 

 

 

2

 

r

 

+ çn

r

÷R = 0

 

 

 

 

 

 

è

 

 

ø

 

(39) (35), .

 

 

 

 

R(r0

= 0

 

 

 

 

 

, , R(r ) .

 

 

 

 

R(r0

)= J k n r( ,

 

J m (x )- .

(39) Nk (n r ,

r = 0 .

k ,

R(r0 )= J k n r(0 = 0 .

, k r0 J k (x )

n =

mn(k )

, J k (mn(k ) =)0, n = 1, 2, 3,...., k = 0,1, 2,....

r0

 

 

,

æ

(k )

ç

mn

r

R(r0 )= J k ç

è

0

ö

r ÷, n =1, 2, 3,...., k = 0,1, 2,.....

÷

ø

(37),

:

un,k (r;j ; t =)

æ

ç

ç A cos

 

è

´ ( 1 cos kj + C2 sin

(k )

 

(k )

ö

mn

at

+ B sin

mn

at

÷

 

 

 

 

÷´

r0

 

r0

 

 

 

 

ø

æ m(k )

ö

 

ç

n

÷

(40)

r

kj)Jk ç

r ÷

è

0

ø

 

5. .

.

l . ,

.

0

x

x +

x

l

 

4.

,

x= 0 , – x = l . u(x; t )

x t .

,

u

q = −k x S , S ,

k.

,

x

x +

x .

 

,

 

x

t

 

 

 

 

 

 

Q1

= −k

 

u(x; t

 

S t ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

x +

x

t :

 

 

 

Q2

= −k

 

u(x + x; t

S t .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

Q1

Q2 t o( x)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Q1

Q2

= k

2u(x; t

S x

t .

 

(41)

 

 

x2

 

 

 

 

 

 

 

 

t

 

u

 

u

 

 

Q

Q

= cρ S x u = cρ S x

t + o( t )

(42)

 

1

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

c , ρ − .

(41) (42), :

k

2u(x; t

S x t = cρ S x

u

t ,

x

2

t

 

 

 

 

 

2

2

u

(

x; t

 

k

 

 

 

u

 

 

 

 

 

 

 

 

= a

 

 

 

 

 

 

, a =

 

.

(43)

t

 

 

x

2

cr

 

 

 

 

 

 

 

 

 

).

, u(x; t ) ,

.

:

u(x;0) = ϕ(x),

x t = 0 ;

u(0; t ) = ψ 1 (t ), u(l; t ) = ψ 2 (t ) , ,

,

ψ 1 (t ) ψ 2 (t ).

.

x .

. :

(43) x R t > 0 ,

u(x;0

)= j x (

 

 

 

 

 

 

(44)

,

. 2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u(x; t

)= X

x (×T) t .

 

 

 

(45)

(45) (43), :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

′′

 

 

¢

 

 

2

 

 

¢¢

 

T (t )

 

=

X (x )

= −λ2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X (x )×T

t(

=) a

X

x ×T( t) a2T (t )

X (x )

 

 

 

 

.

¢

2

l

2

×T t = 0 ,

¢¢

2

X x

= 0 .

(46)

T

(t )+ a

 

X (x )+ l

 

(46), :

 

 

 

 

 

T = ea2λ2t , X = A cos λx + B sin λx .

 

 

(45).

 

 

 

 

 

 

uλ (x; t ) = ea2λ2t (A(l)cos lx + B(l)sin lx)

(47)

A B λ

. (47) .

 

u(x; t )= òe−a2λ2t A (l cos( l)x + B l sin lx()dl)

(48)

0

 

A(l B(l , , t ,

x

t x .

A(l B(l , u(x; t (44).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u(x;0 )= j x (=)ò

A (l cos(

l)x + B l sin lx()dl) .

 

 

(49)

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

j(x

 

 

 

 

 

é

 

ö

 

æ

ö

ù

 

 

1

æ

òj(x )cos lx dx

 

òj(x )sin lx dx

 

 

ç

÷

 

ç

÷

 

 

j(x) = p

 

 

(50)

òêç

÷ cos lx +

ç

÷sin lxúdl

 

 

ê

 

 

ø

 

è−∞

ø

ú

 

 

 

0 ëè −∞

 

 

û

 

(49) (50):

 

1

 

 

 

 

 

 

1

 

A(l )=

òj(x )cos lx dx ,

B(l )=

òj(x )sin lx dx .

 

p

p

 

 

 

−∞

 

 

 

 

 

 

 

−∞

 

A(l B(l (48),

 

:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u(x; t ) =

1

é

æ

2

2

 

öù

 

ò

êj(x )ç

ò

e−a

λ t cos l(x - x)dl ÷ú dx

(51)

p

 

 

 

ê

ç

 

 

 

÷ú

 

 

 

 

−∞ ë

è

0

 

 

 

øû

 

, (51) (43), (44).

(38) .

:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

al

 

= z ,

ξ −

x

= ς .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

(52)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

òe−a2λ2t cos l(x - x d)l =

 

 

òe− z2

cos V z dz .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a t

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

K (V )= òe−z2

cos V z dz ,

 

 

 

 

 

(53)

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

− z 2

 

 

 

 

 

 

1

 

− z 2

 

V

− z 2

 

 

¢

 

 

 

z sin V z dz =

 

 

 

e sin V z | -

 

òe

 

cos V z dz

(54)

 

 

 

 

 

 

 

 

K (V )= -òe

 

2

 

2

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

0

 

 

 

(53) (54), :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

¢

 

 

 

 

V

K (V ).

 

 

 

 

(55)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

K (V )= -

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(55):

 

 

 

 

 

 

K (ς )=

ς 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

e 4

,

 

 

 

 

(56)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

 

 

C =

 

 

, K (0 )= òez

2

dz

=

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

(56) (52) (51):

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

(ξ − x 2)

 

 

 

 

 

 

 

u(x; t )=

 

 

 

ϕ (ξ )e

4a2t

dξ

 

 

(57)

 

2a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π t ò

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(57)

.

6..

 

2u

+

2u

+

2u

 

= p(x;y;z )

(58)

 

2

2

2

 

x

 

 

y

 

 

 

z

 

 

 

 

. p(x;y;z) ≡ 0 ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2u

+

2u

 

+

2u

 

= 0 .

(59)

 

x

2

y

2

 

z

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

, . ,

.

.

 

 

 

 

 

1)

D , Γ , ,

 

u(M ) = u(x; y; z),

 

.

2)

Γ :

 

 

 

 

 

 

α u(M )+ β

u

= ψ (M ,) M Γ ,

 

(60)

 

 

 

 

 

 

 

 

u

 

 

n

 

 

 

 

 

Γ

.

 

 

 

 

n

 

, β = 0 , ,

u(M )= ψ1 M( , M Γ .

(61)

α = 0 , ,

:

u

= ψ

2 (M ,) M Γ .

(62)

 

n

 

 

3),

,

.

.

,

D , ,

J (x; y; z) = J xi + J y j + J z k .

. ,

J S ,

D ,

òòJ × n ds = 0 ,

S

n ,

. ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

div J = 0 .

(63)

 

-

 

 

:

 

E

 

 

 

 

=

 

λ

 

= λ

 

,

(64)

 

 

E

J

J

E

λ − ,

.

,

, E , . rot E = 0 .

,

, ; ϕ ,

,

E = grad ϕ .

(64) :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

J = λ grad ϕ .

(65)

(63) (65) :

 

λ div (

 

 

 

= 0 ,

 

 

grad ϕ

(66)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2ϕ

+

2ϕ

 

+

2ϕ

= 0 .

 

 

2

2

2

 

 

x

 

 

 

y

 

 

z

 

, ϕ .

,

ϕ , E , (65) .

7..

r0

f (ϕ , ϕ

( . .3). u(r, ,

,

 

2u

+

2u

= 0

 

x2

y 2

 

 

 

 

u(r0 ;ϕ =)

f ϕ .

(67)

(67) .

 

2u

1 ∂u

 

1

 

 

2u

 

 

 

 

 

+

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

= 0

(68)

 

r

2

r r

r

2

 

∂ ϕ

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u(r.

 

u(r)= Φ ϕ (R r)

.

 

 

(69)

(68) (67), :

r

Φ(ϕ )R

′′

r( +) r Φ ϕ R(

r) + Φ( )ϕ R r ( = 0

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

′′

 

 

 

 

 

 

 

′′

 

 

 

 

 

 

′′

 

 

 

r (

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r

2

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

Φ

(ϕ

 

 

R (r )+ r R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= −

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= −k

.

 

 

 

 

Φ(ϕ )

 

 

 

 

R(r )

 

 

 

 

(70) :

 

 

 

′′

 

2

Φ ϕ ( = 0 ,

r

2

′′

 

 

 

r

()k

2

R r = 0

Φ (ϕ )+ k

 

 

 

R (r )+ r R

 

 

(71): Φ(ϕ = A cos kϕ + B sin kϕ .

(71) R(r ) = r m .

(71)

r 2 m(m −1 r m−2 + rmr m−1 k 2r m = 0

m2 k 2 = 0 .

(71)

 

 

 

 

 

R(r )= r k + Dr k .

 

(72) (73) (69):

 

u

k

(r;ϕ =)

A cos kϕ + B sin kϕ )(

r k + D rk ), k = 1,2,3,....

 

 

k

k

k

 

k

k = 0 :

(70)

(71)

(72)

(73)

(74)

u

0

= (A + B ϕ )(+ D ln r

.

 

0 0

0 0

ϕ , B0 = 0 ,

, D0 = 0 .

u0 = A0 .

2

(74) ,

Dk = 0, k = 1,2,3....

, (68)

 

 

 

 

 

 

u(r;ϕ )=

A0

 

(An cos nϕ + Bn sin )r n

 

 

 

 

 

 

 

 

+ å

 

(75)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

n=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(75) (67), :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f (j) =

+ å(An cos nj + Bn sin nj)r0n .

 

 

 

(76)

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

 

An Bn

 

1

 

π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

π

 

 

 

 

 

An =

 

ò f (t )cos ntdt, Bn

=

 

 

ò f (t )sin ntdt, n = 0,1,2,....

pr n

 

pr n

 

0

 

−π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

−π

 

 

 

 

(75) An Bn (76), :

 

 

u(r;j

=)

 

1

π

f (t )dt +

 

1

 

 

π

f (t )cos n t -( j

æ

r

ön

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ç

÷

 

 

2p

ò

 

p å

ò

 

=

 

 

ç r

÷

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dt )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

−π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n=1 −π

 

è 0 ø

 

 

 

 

1

 

π

 

 

 

 

é

 

 

æ

 

r

 

ön

 

 

ù

 

 

 

 

=

 

 

 

 

ò

f (t )ê1 + 2åç

 

 

 

 

÷

cos n(t - j ú)dt .

 

 

 

 

2p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ê

 

 

n 1

ç r

÷

 

 

 

ú

 

 

 

(77)

 

 

 

 

 

 

−π

 

 

 

 

ë

 

 

=

è

 

0

ø

 

 

 

û

 

 

 

 

r < r0

é

æ

r

ön

ù

æ

r

ön

ê1 + 2åçç

÷÷

cos n(t -j ú)= 1 + åçç

÷÷

[ein(t−ϕ )+ e−in t−ϕ ( = )

r

r

ê

n 1

è

ø

ú

n 1

è

ø

 

0

0

 

ë

=

û

=

 

 

 

 

 

r

 

 

 

i(t

−ϕ )

 

 

r

 

 

−i(t −ϕ )

 

 

 

 

 

æ

 

ö2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

e

 

 

 

e

 

 

 

 

1 -

ç r

÷

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ç

 

÷

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r0

 

 

 

 

 

 

r0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 1 +

 

 

 

 

 

 

 

)+

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

è r0

ø

 

 

 

 

=

1 -

 

 

r

 

e

i(t −ϕ

1 -

 

 

r

e

−i(t −ϕ

)

 

r

cos(t -j

+)

æ

r

ö2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 - 2

ç

÷

 

 

 

 

r

 

 

 

 

r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r0

ç

 

÷

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

è r0

ø

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

r 2 - r 2

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r 2

- 2r r cos(t -j +) r 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

]

(78)

(77) (78):

u(r;ϕ =)

1

π

f (t )

 

r 2

r 2

 

 

 

 

ò

 

0

 

 

dt

(79)

r 2

− 2r r cos(t − ϕ

+) r 2

 

 

−π

0

0

 

 

 

 

. ,

f (ϕ − , u(r ;ϕ →) f ϕ , r r0 . u(r

.

, .

,

: r = R1, r = R2 , z = 0, z = H

: u(R1 ;ϕ ; z =)u1, u R2 ( ; z = u2

u(r ;ϕ ;0

)

u(r ;ϕ ; H )

(80)

 

= 0,

 

= 0,

z

 

 

z

 

u1 , u2 .

Z

H

D

O

R1

 

Y

R2

X

5.

.

.

2u

+

2u

+

2u

= 0

x2

y2

z 2

 

 

 

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]