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




 
 Скорость точки в косоугольных координатах
Сообщение22.11.2010, 19:02 
Пытался решить задачу из Уиттекера («Аналитическая динамика», Глава I, упражнение 4).
Запутался, и решить не смог, был бы благодарен за подсказку.

Условия задачи:
Точка, движущаяся на плоскости, отнесена к косоугольным осям координат, образующим с какой-нибудь неподвижной прямой углы $\[\alpha \]$ и $\[\beta \]$, где $\[\alpha \]$ и $\[\beta \]$ суть заданные функции от времени. Найти компоненты скоростей (т.е., как понимаю, компоненты скоростей в этой косоугольной системе координат).

Моя запутанная попытка решения (Уиттекер в явном виде не применяет коэффициентов Ламэ, и я решил попробовать решить задачу не прибегая к ним).

Нарисуем три прямоугольных системы координат:

Изображение
Идея была в том, что бы рассмотреть компоненты скорости в двух ортогональных системах координат ($\[ox`y`\]
$ и $\[ox``y``\]
$), а затем перейти к координатам $\[{y`;y``}\]
$.

Компоненты скорости точки в системе $\[ox`y`\]
$:
$\[\left\{ \begin{gathered}
  \dot x` - \dot \alpha y` \hfill \\
  \dot y` + \dot \alpha x` \hfill \\ 
\end{gathered}  \right.\]
$
Скорость точки в системе $\[ox``y``\]
$:
$\[\left\{ \begin{gathered}
  \dot x`` - \dot \beta y`` \hfill \\
  \dot y`` + \dot \beta x`` \hfill \\ 
\end{gathered}  \right.\]
$.
Нас интересуют компоненты скорости по осям $\[oy`\]
$ и $\[oy``\]
$:
$\[\left\{ \begin{gathered}
  \dot y` + \dot \alpha x` \hfill \\
  \dot y`` + \dot \beta x`` \hfill \\ 
\end{gathered}  \right.\]
$.

Нужно в этих компонентах скорости перейти к переменным $\[\left\{ {y`;y``} \right\}\]
$.

Формулы перехода от одной системы координат к другой:
$\[\left\{ \begin{gathered}
  x` = {A_{11}}x`` + {A_{12}}y`` \hfill \\
  y` = {A_{21}}x`` + {A_{22}}y`` \hfill \\ 
\end{gathered}  \right.\]
$.
Матрица:
$\[\left( {\begin{array}{*{20}{c}}
   {{A_{11}}} & {{A_{12}}}  \\
   {{A_{21}}} & {{A_{22}}}  \\

 \end{array} } \right) = \left( {\begin{array}{*{20}{c}}
   {\cos (\alpha  - \beta )} & { - \sin (\alpha  - \beta )}  \\
   {\sin (\alpha  - \beta )} & {\cos (\alpha  - \beta )}  \\

 \end{array} } \right)\]
$.
Из формул перехода получаем:
$\[x`` = \frac{{y` - {A_{22}}y``}}
{{{A_{21}}}}\]
$
$\[x` = {A_{11}}\left( {\frac{{y` - {A_{22}}y``}}
{{{A_{21}}}}} \right) + {A_{12}}y``\]
$
$\[x`` = \frac{{y` - \cos (\alpha  - \beta )y``}}
{{\sin (\alpha  - \beta )}}\]
$
$\[x` = \cos (\alpha  - \beta )\left( {\frac{{y` - \cos (\alpha  - \beta )y``}}
{{\sin (\alpha  - \beta )}}} \right) - \sin (\alpha  - \beta )y``\]
$.
Подставляем:
$\[\left\{ \begin{gathered}
  \dot y` + \dot \alpha \left( {\cos (\alpha  - \beta )\left( {\frac{{y` - \cos (\alpha  - \beta )y``}}
{{\sin (\alpha  - \beta )}}} \right) - \sin (\alpha  - \beta )y``} \right) \hfill \\
  \dot y`` + \dot \beta \left( {\frac{{y` - \cos (\alpha  - \beta )y``}}
{{\sin (\alpha  - \beta )}}} \right) \hfill \\ 
\end{gathered}  \right.\]
$.
Преобразуем:
$\[\left\{ \begin{gathered}
  \dot y` + \dot \alpha y`ctg(\alpha  - \beta ) - \frac{{\dot \alpha y``}}
{{\sin (\alpha  - \beta )}} \hfill \\
  \dot y`` - \dot \beta y``ctg(\alpha  - \beta ) + \frac{{\dot \beta y`}}
{{\sin (\alpha  - \beta )}} \hfill \\ 
\end{gathered}  \right.\]
$.
Ответ в книжке же имеет вид (с точностью до обозначений и с учётом нечётности синуса):
$\[\left\{ \begin{gathered}
  \dot y` + \dot \alpha y`ctg(\alpha  - \beta ) + \frac{{\dot \beta y``}}
{{\sin (\alpha  - \beta )}} \hfill \\
  \dot y`` - \dot \beta y``ctg(\alpha  - \beta ) - \frac{{\dot \alpha y`}}
{{\sin (\alpha  - \beta )}} \hfill \\ 
\end{gathered}  \right.\]
$.
(кстати, в русском издании в ответе есть опечатка, которую я поправил по оригиналу).

Разница в знаке, возможно, связана с тем, что я что-то перепутал в коэффициентах.
Но вот почему там в последних слагаемых производные от других углов?
В общем, у меня такое чувство, что где-то основательно перепутал, и возможно, вообще пошёл по неверному пути :oops: .
Если не трудно, дайте подсказку, или укажите ошибку.

 
 
 [ 1 сообщение ] 


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