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
720
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
10151
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
720
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
10151
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: нет зарегистрированных пользователей


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