- •[§1.] Обобщённые координаты. Понятие числа степеней свободы.
- •§2. Описание эволюции системы в конфигурационном пространстве (кп).
- •§3. Принцип Гамильтона (наименьшего действия). Уравнения движения
- •§4. Функция Лагранжа и её свойства.
- •§5*. Правило суммирования Эйнштейна.
- •[§6.] Функция Лагранжа простейших систем.
- •§7. Интегралы движения в методе Лагранжа.
- •[§8.] Свойства симметрии пространства и времени. Законы сохранения.
- •1 .Для замкнутой системы реализуется принцип однородности времени.
- •2.Однородность пространства.
- •3. Изотропность пространства.
- •§9. Задача двух тел и сведение её к эквивалентной одномерной.
- •§10. Особенности движения частицы в центральном поле.
- •§11. Одномерный эффективный потенциал.
- •§12. Обобщенный импульс. Преобразование Лежандра. Уравнения Гамильтона. Канонически сопряженные велечины.
- •§13. Фазовое пространство.
- •§14. Функция Гамильтона и её свойства.
- •[§15.] Функция Гамильтона простейших систем.
- •§16. Интегралы движения в методе Гамильтона.
- •[§17.] Скобки Пуассона и их свойства.
- •§18. Малые колебания и свойства потенциальной энергии.
- •[§19.] Колебания с одной степенью свободы. Характеристическое уравнение.
- •§20*. Колебания с n степенями свободы. Дисперсионное уравнение. Примеры 1-3.
- •§21. Оператор .
- •[§22.] Уравнения Максвелла для электромагнитного поля в вакууме.
- •[§23.] Потенциалы электромагнитного поля в вакууме.
- •[§24.] Градиентная инвариантность.
- •§25*. -Функция.
- •§26. Объёмная плотность точечного заряда.
- •§27. Закон сохранения заряда.
- •§28. Типы калибровок. Уравнения Даламбера для потенциалов
- •§29. Уравнения Максвелла в среде без учёта пространственно-временной дисперсии. Переход от микро к макро
- •§30.* Теорема Стокса.
- •§31*. Функциональные соотношения различных полей
- •§32*. Условия на границе раздела двух сред.
- •§33. Уравнения Максвелла для стационарного электромагнитного поля в среде.
- •§34. Приближение линейного тока
- •[§35.]Уравнения Максвелла для квазистационарного электромагнитного поля.
- •§36. Условия квазистационарности поля.
- •[§37.] Глубина проникновения квазистационарного электромагнитного поля.
- •[§38.]Уравнения Максвелла для электромагнитных волн в вакууме.
- •[§39.] Волновое уравнение в случае вакуума.
- •§40*. Решение волнового уравнения в случае плоской электромагнитной волны в вакууме.
- •[§41.] Плоская монохроматическая волна.
- •§42. Уравнения Максвелла в случае плоской монохроматической волны в вакууме.
- •§43. Разложение электромагнитных полей по плоским монохроматическим волнам.
- •§44. Калибровка Лоренца в случае однородной изотропной среды.
- •Задачи по курсу «Теоретическая механика и теория поля»
- •Задачи по курсу «Теоретическая механика и теория поля» и их решение.
- •11. Особенности движения частицы в центральном поле.
- •32. Закон сохранения заряда.
- •40. Уравнения Максвелла для стационарного электромагнитного поля в среде.
- •44. Приближение линейного тока.
§7. Интегралы движения в методе Лагранжа.
Динамические переменные в методе Лагранжа – это обобщённые координаты и обобщённые скорости. Всего их 2n, они задают начальное состояние систем.
Интеграл движения – это функция динамических переменных и времени , сохраняющая своё значение при движении системы (в КП).
- постоянство означает, что полная производная по времени должна быть равна нулю:
При n=1 имеем:
, .
[§8.] Свойства симметрии пространства и времени. Законы сохранения.
Рассмотрим замкнутую систему.
Замкнутая система материальных точек – это система точек, взаимодействующих между собой и не взаимодействующих с точками, не принадлежащими, данной системе.
1 .Для замкнутой системы реализуется принцип однородности времени.
Это означает, что мы по временной оси начало отсчёта можем выбрать произвольно. Допустим, мы вели наблюдения в течение времени , этот отрезок времени можно на оси t взять в любом месте, процесс не изменится. Вследствие однородности времени для замкнутых систем функция Лагранжа явно не зависит от времени, т.е.
Найдём производную функции Лагранжа по времени:
Подставим второе уравнение в первое:
В силу уравнения движения Лагранжа:
Тогда:
- интеграл движения, но только для стационарных связей.
В случае многих степеней свободы:
В случае стационарных связей кинетическая энергия есть квадратичная форма скоростей.
- коэффициенты, имеющие не обязательно смысл массы.
В силу теоремы Эйлера об однородных функциях:
=const, т.е. реализуется скалярный закон сохранения энергии
2.Однородность пространства.
Пространство называется однородным, если уравнения движения (эволюции) системы не зависят от трансляции (переноса как целого) системы в пространстве.
Уравнения движения замкнутой системы инвариантны относительно пространственных трансляций системы как целого. В этом случае реализуется закон сохранения импульса:
или
, ,
Для замкнутой системы:
, т.е реализуется векторный закон сохранения импульса системы.
Иногда системы, будучи не замкнутыми, допускают трансляции вдоль некоторых осей. Например, система в однородном поле силы тяжести, допускает трансляции, в плоскости ортогональной вектору напряжённости этого поля -
- у поверхности Земли.
3. Изотропность пространства.
Уравнения движения замкнутой системы не изменяются при вращении системы как целого относительно любой оси. Другими словами, уравнения движения инвариантны относительно вращения вокруг любой оси. В этом случае реализуется закон сохранения момента импульса:
- момент импульса материальной точки a.
, т.е реализуется векторный закон сохранения момента импульса системы.
Для незамкнутой системы существуют поля, допускающие вращение системы как целого относительно некоторых осей.
Пример:
Если выбрать z вдоль , то систему можно вращать как целое вокруг z, в данном поле будет сохраняться проекция момента импульса на направление поля.
Рассмотрим теперь центральное поле. Например, гравитационное поле Земли (сферически симметричное).
Центр Земли – это центр поля тяготения. Вращение вокруг любой оси, проходящей через центр симметрии, не меняет уравнения движения.