2014 dxdy logo

Научный форум dxdy

Математика, Физика, Computer Science, Machine Learning, LaTeX, Механика и Техника, Химия,
Биология и Медицина, Экономика и Финансовая Математика, Гуманитарные науки




Начать новую тему Ответить на тему
 
 Как будут двигаться шарики?
Сообщение14.07.2024, 15:14 


30/05/12
63
Где-то в пустом пространстве, без силы тяжести, вращается вокруг неподвижной точки шарик №1 массой m с линейной скоростью v на невесомом стержне длиной r (рисунок 1). рисунки тут: https://radikal.host/i/gdINSr

На расстоянии r от окружности помещаем такой же шарик №2 первоначально неподвижный (рисунок 2).
Когда первый шарик проходит точку посередине между центром и вторым шариком, мы шарики №1 и №2 быстро соединяем невесомым стержнем длиной r (рисунок 3). Наблюдаем. Как будут двигаться шарики?

Прежде всего интересует вопрос: будет ли второй шарик проходить центральную точку?

Совсем здорово будет, если кто-то даст ссылку на анимацию такого движения. Как здесь, например:

https://web.archive.org/web/20150320224 ... dulum.html

Тут правда колебания при наличии силы тяжести. Не то, что мне нужно.

 Профиль  
                  
 
 Re: Как будут двигаться шарики?
Сообщение14.07.2024, 15:31 


21/12/16
764
начальные условия известны, уравнения движения плоского твердого тела вроде тоже...

 Профиль  
                  
 
 Re: Как будут двигаться шарики?
Сообщение15.07.2024, 21:20 


30/05/12
63
drzewo в сообщении #1646282 писал(а):
начальные условия известны, уравнения движения плоского твердого тела вроде тоже...


Тут не одно тело, а два. Шарнирно соединённых друг другом. Шарик №2 может свободно вращаться вокруг шарика №1.

Полагаю, что такую задачу уже кто-то решил. И это решение где-то в интернете уже есть. Хотелось бы ссылку.

 Профиль  
                  
 
 Re: Как будут двигаться шарики?
Сообщение15.07.2024, 23:16 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


01/09/13
4656
contrentrop в сообщении #1646408 писал(а):
Полагаю, что такую задачу уже кто-то решил

А что мешает Вам самому решить эту задачу?

 Профиль  
                  
 
 Re: Как будут двигаться шарики?
Сообщение20.07.2024, 21:22 


30/05/12
63
[/quote]
А что мешает Вам самому решить эту задачу?[/quote]

Потому, что мне ответ нужен. А всевозможные лагранжианы в большинстве случаев не дают аналитических решений. Все равно нужно применять числовые методы. А я не программист. А ответ нужен - вот и обратился сюда.

 Профиль  
                  
 
 Re: Как будут двигаться шарики?
Сообщение21.07.2024, 11:31 


27/08/16
10195
contrentrop в сообщении #1646967 писал(а):
Потому, что мне ответ нужен.

Тут учебный раздел, в котором помогают изучающим физику разобраться в теме, подсказывая им пути решения. Давать прямые ответы запрещено правилами.

contrentrop в сообщении #1646281 писал(а):
Прежде всего интересует вопрос: будет ли второй шарик проходить центральную точку?
В принципе, есть ещё и третий вариант: центральная точка - точка неустойчивого равновесия, и в такой идеализированной задаче второй шарик будет подбираться к ней бесконечно долго. Что там на самом деле - не знаю, нужно записать и линеаризовать уравнения движения. Законы сохранения такую возможность не запрещают.

contrentrop в сообщении #1646967 писал(а):
А всевозможные лагранжианы в большинстве случаев не дают аналитических решений.
Всевозможные лагранжианы дают уравнения движения. Существует ли аналитическое решение, или уравнения движения можно проинтегрировать только численно - вопросы не к лагранжианам. Но иногда достаточно и уравнений движения, чтобы исследовать фазовые траектории системы и получить ответы на нужные вопросы.

В данном случае нет потенциальной энергии, так что, лагранжиан сводится к кинетической энергии, но, лучше, записанной в правильно выбранных обобщённых координатах, чтобы не связываться со связями. Применять ли к этой кинетической энергии уравнение Лагранжа, или воспользоваться законами сохранения - вопрос удобства.

Выберите в качестве обобщённых координат угол поворота первого стержня относительно вертикали и угол между двумя стержнями. В уравнения движения могут входить только эти две обобщённые координаты и две их производные по времени. Далее, ввиду центральной симметрии задачи сам угол поворота первого стержня не может входить в лагранжиан и влиять на динамику. Он не интересен, а его производную по времени при решении задачи нужно будет исключить. Дальше, у системы есть два закона сохранения: энергии и момента импульса. Запишите их для данных обобщённых координат. Закон сохранения момента импульса сразу дает уравнение для исключения производной первого угла по времени из закона сохранения энергии. И у вас останется нелинейное дифференциальное уравнение первого порядка для угла между стержнями. Исследуйте его.

И, да, перейдите с самого начала в единицы измерения, в которых $m = 1$, $r = 1$ и $v = 1$.

 Профиль  
                  
 
 Re: Как будут двигаться шарики?
Сообщение21.07.2024, 12:44 


21/12/16
764
Сейчас только заметил, что речь идет о двойном маятнике без силы тяжести. Ну, да, лагранжева система с двуия степенями свободы и циклической координатой. В стартовом посте сформулирован простой качественный вопрос, который решается путем пристального взгляда на приведенный потенциал. Писать формулы смысла не вижу потому как ясно, что <<не в коня корм>>

 Профиль  
                  
 
 Re: Как будут двигаться шарики?
Сообщение21.07.2024, 13:04 


27/08/16
10195
contrentrop в сообщении #1646281 писал(а):
Тут правда колебания при наличии силы тяжести.
И в этой симуляции не сохраняется энергия. Вечная проблема с численными методами.

 Профиль  
                  
Показать сообщения за:  Поле сортировки  
Начать новую тему Ответить на тему  [ Сообщений: 8 ] 

Модераторы: photon, whiterussian, profrotter, Jnrty, Aer, Парджеттер, Eule_A, Супермодераторы



Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: YandexBot [bot]


Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете добавлять вложения

Найти:
Powered by phpBB © 2000, 2002, 2005, 2007 phpBB Group