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廣義座標

指数 廣義座標

廣義坐標是不特定的坐標。假若,我們用一組廣義坐標來導引方程式,所得到的答案,可以應用於較廣泛的問題;并且,當我們最後終於設定這坐標時,答案仍舊是正確的。拉格朗日力學,哈密頓力學都需要用到廣義坐標來表示基要概念與方程式。.

11 关系: 完整系統廣義力廣義速度球坐標系約束非完整系統自由度虛功虛位移拉格朗日力学

完整系統

在經典力學裏,假若一個系統的所有的約束條件都是完整約束,則稱此系統為完整系統(holonomic system)。完整約束以方程式表達為 其中,x_i是每一個粒子P_i之位置,t是時間。 假若一個約束條件不能夠以上述方程式表達,則稱此約束條件為非完整約束。 假若一個系統有任何約束條件不是完整約束,則稱此系統為非完整系統。.

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廣義力

廣義力是拉格朗日力學裏面的一個基本概念。在一個物理系統裏,因為力\mathbf\,\!,一個粒子經過虛位移\delta \mathbf\,\!,所作的虛功\delta W\,\!是 轉換至廣義坐標q_1,\ q_2,\ q_3,\ \dots\ q_N\,\!, 在上面这个方程的右端,位于虚位移前面的这两项的整体即为廣義力,用\boldsymbol\,\!表示为: 虛功與廣義力的關係是 稱 \mathcal_j\,\!為關於廣義坐標q_j\,\!的廣義力。因為\mathcal_j q_j\,\!的量綱是功,如果q_j\,\!是距離,則\mathcal_j\,\!與力的量綱相同;如果q_j\,\!是角,則它與力矩的量綱相同。.

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廣義速度

拉格朗日力學時常涉及廣義速度。假設一個物理系統的廣義坐標是(q_1,\ q_2,\ q_3,\ \dots,\ q_N)\,\!,表示廣義速度為(\dot_1,\ \dot_2,\ \dot_3,\ \dots,\ \dot_N)\,\!。廣義速度定義為廣義坐標對於時間t\,\!的導數:.

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球坐標系

#重定向 球座標系.

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約束

約束可以指:.

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非完整系統

在古典力學裏,假如,一個系統有任何約束是非完整約束,則稱此系統為非完整系統。非完整約束不是完整約束。完整約束可以用方程式表示為 這裏,f是每一個粒子P_i之位置x_i和時間t的函數。非完整約束不能夠用上述方程式表示。.

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自由度

自由度可以指:.

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虛功

在分析力學裏,施加於某物體的作用力,由於給定的虛位移,所做的機械功,稱為虛功(virtual work)。以方程式表達,虛功\delta W是 其中,\mathbf是作用力,\delta \mathbf是虛位移。 在這篇文章裏,位移指的是平移運動所造成的位移或旋轉運動所造成的角位移;作用力指的是力量或力矩。虛位移不是實際的位移,而是一種虛構的、理論上的位移,是一種只涉及位置,不涉及時間的變化。每一個虛位移既是自變量(independent variable),又是任意設定的。任意性是一個很重要的特性,在數學關係式裏,能夠推導出許多重要的結果。例如,思考下述矩陣方程式: 其中,\mathbf,\ \mathbf,\ \mathbf都是向量,\mathbf是方塊矩陣。 假若,\mathbf是個任意非零向量,則可以將任意項目\mathbf從方程式中除去,得到 \mathbf.

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虛位移

在分析力學裏,保持時間不變,虛位移是符合約束條件的無窮小位移。由於任何物理運動都需要經過時間的演進才會有實際的位移,所以稱保持時間不變的位移為虛位移。 如右圖,假設一個粒子的運動軌道是x (t),另外一條不違反約束條件的路徑是x'(t),則在時間t_1,虛位移是\delta x.

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擺是一種實驗儀器,可用來展現種種力學現象。最基本的擺由一條繩或竿,和一個錘組成。錘繫在繩的下方,繩的另一端固定。當推動擺時,錘來回移動。擺可以作一個計時器。.

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拉格朗日力学

拉格朗日力学(Lagrangian mechanics)是分析力学中的一种,于1788年由約瑟夫·拉格朗日所创立。拉格朗日力学是对经典力学的一种的新的理论表述,着重于数学解析的方法,並運用最小作用量原理,是分析力学的重要组成部分。 经典力学最初的表述形式由牛顿建立,它着重於分析位移,速度,加速度,力等矢量间的关系,又称为矢量力学。拉格朗日引入了广义坐标的概念,又运用达朗贝尔原理,求得与牛顿第二定律等价的拉格朗日方程。不仅如此,拉格朗日方程具有更普遍的意义,适用范围更广泛。还有,选取恰当的广义坐标,可以大大地简化拉格朗日方程的求解过程。.

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