9. HAMILTON-FÉLE MECHANIKA

Hasonló dokumentumok
8.1. A rezgések szétcsatolása harmonikus közelítésben. Normálrezgések. = =q n és legyen itt a potenciál nulla. q i j. szimmetrikus. q k.

Kényszereknek alávetett rendszerek

Emlékeztető: az n-dimenziós sokaság görbültségét kifejező mennyiség a Riemann-tenzor (Riemann, 1854): " ' #$ * $ ( ' $* " ' #µ

5. SZABAD PONTRENDSZEREK MECHANIKAI ALAPELVEI, N-TESTPROBLÉMA, GALILEI-

Az elméleti mechanika alapjai

Lagrange és Hamilton mechanika

A HŐMÉRSÉKLETI SUGÁRZÁS

GEOMETRIAI OPTIKA - ÓRAI JEGYZET

2. REZGÉSEK Harmonikus rezgések: 2.2. Csillapított rezgések

f (M (ξ)) M (f (ξ)) Bizonyítás: Megjegyezzük, hogy konvex függvényekre mindig létezik a ± ben

(2) Határozzuk meg a következő területi integrálokat a megadott halmazokon: x sin y dx dy, ahol T : 0 x 1, 2 y 3.

A FUNDAMENTÁLIS EGYENLET KÉT REPREZENTÁCIÓBAN. A függvény teljes differenciálja, a differenciális fundamentális egyenlet: U V S U + dn 1

Vizsgatételek főiskolai szintű villamosmérnök szakos levelező hallgatók számára Fizika II. GEFIT122L

Csapágyak üzem közbeni vizsgálata a csavarhúzótól a REBAM 1 -ig 2

Innen. 2. Az. s n = 1 + q + q q n 1 = 1 qn. és q n 0 akkor és csak akkor, ha q < 1. a a n végtelen sor konvergenciáján nem változtat az, ha

Az alábbi fogalmak és törvények jelentését/értelmezését/matematikai alakját (megfelelő mélységben) ismerni kell: Newtoni mechanika

Tartószerkezet-rekonstrukciós Szakmérnöki Képzés

1.2. Ütközés Ütközési modell, alapfeltevések Ütközés 3

A pályázat címe: Rugalmas-képlékeny tartószerkezetek topológiai optimalizálásának néhány különleges feladata

VII. A határozatlan esetek kiküszöbölése

Kétváltozós függvények

Lendület. Lendület (impulzus): A test tömegének és sebességének szorzata. vektormennyiség: iránya a sebesség vektor iránya.

A figurális számokról (IV.)

Lagrange egyenletek. Úgy a virtuális munka mint a D Alembert-elv gyakorlati alkalmazását

V. Deriválható függvények

Optika. sin. A beeső fénysugár, a beesési merőleges és a visszavert, illetve a megtört fénysugár egy síkban van.

Matematika A1 vizsga elméleti kérdések

Gyakorló feladatok II.

Geometriai vagy kinematikai természetű feltételek: kötések vagy. kényszerek. 1. Egy apró korong egy mozdulatlan lejtőn vagy egy gömb belső

Metrikus terek. továbbra is.

Matematika I. 9. előadás

Mechanika I-II. Példatár

MAGASABBFOKÚ MÁTRIXEGYENLETEK MEGOLDÁSA

2. Hatványsorok. A végtelen soroknál tanultuk, hogy az. végtelen sort adja: 1 + x + x x n +...

2. fejezet. Számsorozatok, számsorok

Sorozatok A.: Sorozatok általában

KAOTIKUS VAGY CSAK ÖSSZETETT? Labdák pattogása lépcsôn

1. NEWTONI POSZTULÁTUMOK ÉS ÉRTELMEZÉSÜK

Az új építőipari termelőiár-index részletes módszertani leírása

FIZIKA II. Dr. Rácz Ervin. egyetemi docens

Számítógépi geometria. Kovács Zoltán

Elektrodinamika. Maxwell egyenletek: Kontinuitási egyenlet: div n v =0. div E =4 div B =0. rot E = rot B=

A G miatt (3tagra) Az egyenlőtlenségek két végét továbbvizsgálva, ha mindkét oldalt hatványozzuk:

Modern Fizika Labor. 13. Molekulamodellezés. Fizika BSc. A mérés dátuma: nov. 08. A mérés száma és címe: Értékelés:

3. SOROZATOK. ( n N) a n+1 < a n. Egy sorozatot (szigorúan) monotonnak mondunk, ha (szigorúan) monoton növekvő vagy csökkenő.

J-INTEGRÁL SZÁMÍTÁSA NAGY ALAKVÁLTOZÁS ESETÉN. Horváthné Dr. Varga Ágnes egyetemi docens

A Hamilton-Jacobi-egyenlet

Differenciálegyenletek december 13.

atommag körül relatív nagy távolságra keringő elektron klasszikus modellje (Rydberg atomoknál)

NUMERIKUS SOROK II. Ebben a részben kizárólag a konvergencia vizsgálatával foglalkozunk.

Lássuk be, hogy nem lehet a három pontot úgy elhelyezni, hogy egy inerciarendszerben

Kalkulus II., második házi feladat

8. Előadás. 1) Üveg félhenger

GEOMETRIAI OPTIKA - ÓRAI JEGYZET

Pályázat címe: Pályázati azonosító: Kedvezményezett: Szegedi Tudományegyetem Cím: 6720 Szeged, Dugonics tér

= λ valós megoldása van.

Numerikus módszerek 2. Nemlineáris egyenletek közelítő megoldása

Rugalmas elektronszórás; Recoil- és Doppler-effektus megfigyelése

Áringadozások elıadás Kvantitatív pénzügyek szakirány 2012/13 2. félév

Sorozatok, határérték fogalma. Függvények határértéke, folytonossága

Numerikus módszerek 2. Nemlineáris egyenletek közelítő megoldása

Fourier sorok FO 1. Trigonometrikus. A diákon megjelenő szövegek és képek csak a szerző (Kocsis Imre, DE MFK) engedélyével használhatók fel!

Komplex számok (el adásvázlat, február 12.) Maróti Miklós

Tárgymutató. dinamika, 5 dinamikai rendszer, 4 végtelen sok állapotú, dinamikai törvény, 5 dinamikai törvények, 12 divergencia,

Empirikus szórásnégyzet

Folytonos idejű rendszerek stabilitása

Az iparosodás és az infrastrukturális fejlődés típusai

KVANTUMMECHANIKA. 1. Történeti összefoglaló

Hidrogén színképének vizsgálata rácsos spektrométerrel

Rajzolja fel a helyettesítő vázlatot és határozza meg az elemek értékét, ha minden mennyiséget az N2 menetszámú, szekunder oldalra redukálunk.

2.1. A sorozat fogalma, megadása és ábrázolása

1 k < n(1 + log n) C 1n log n, d n. (1 1 r k + 1 ) = 1. = 0 és lim. lim n. f(n) < C 3

Integrálás sokaságokon

Nevezetes sorozat-határértékek

3. GEODÉZIAI VONATKOZTATÁSI RENDSZEREK MEGHA- TÁROZÁSA. 31. A vonatkoztatási ellipszoid

FIZIKA I. KATEGÓRIA 2015-ben, a Fény Évében

Differenciálegyenletek

Autoregressziós folyamatok

( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) FELADATOK Taylor- (Maclaurin-) sorok, hibabecslés

A primitív függvény létezése. Kitűzött feladatok. határérték, és F az f egy olyan primitívje, amelyre F(0) = 0. Bizonyítsd be,

Kvantummechanika gyakorlo feladatok 1 - Megoldások. 1. feladat: Az eltolás operátorának megtalálásával teljesen analóg módon fejtsük Taylor-sorba

Szemmegoszlási jellemzők

Előszó.. Bevezetés. 1. A fizikai megismerés alapjai Tér is idő. Hosszúság- és időmérés.

11. MEREV TESTEK MECHANIKÁJA

1. Az előző előadás anyaga

A felhasznált térfogalmak: lineáris tér (vektortér), normált tér, Banach tér, euklideszi-tér, Hilbert tér. legjobban közelítõ elem, azaz v u

2. LOGIKAI FÜGGVÉNYEK MEGADÁSI MÓDSZEREI. A tananyag célja: a többváltozós logikai függvények megadási módszereinek gyakorlása.

3. Sztereó kamera. Kató Zoltán. Képfeldolgozás és Számítógépes Grafika tanszék SZTE (

Komplex számok. d) Re(z 4 ) = 0, Im(z 4 ) = 1 e) Re(z 5 ) = 0, Im(z 5 ) = 2 f) Re(z 6 ) = 1, Im(z 6 ) = 0

képzetes t. z = a + bj valós t. a = Rez 5.2. Műveletek algebrai alakban megadott komplex számokkal

Debreceni Egyetem, Közgazdaság- és Gazdaságtudományi Kar. Feladatok a Gazdasági matematika I. tárgy gyakorlataihoz. Halmazelmélet

Stabilitás Irányítástechnika PE MI_BSc 1

Függvénygörbe alatti terület a határozott integrál

I. Koordinátarendszerek a síkban és a térben, mátrixok

AZ ÉPÜLETGÉPÉSZETI RENDSZEREK ENERGIA-HATÉKONYSÁGÁNAK KÉRDÉSEI

EGYENLETEK ÉS EGYENLETRENDSZEREK MEGOLDÁSA A Z n HALMAZON. egyenletrendszer megoldása a Z

A kommutáció elve. Gyűrűs tekercselésű forgórész. Gyűrűs tekercselésű kommutátoros forgórész

(A TÁMOP /2/A/KMR számú projekt keretében írt egyetemi jegyzetrészlet):

ALGEBRA. egyenlet megoldásait, ha tudjuk, hogy egész számok, továbbá p + q = 198.

VASBETON ÉPÜLETEK MEREVÍTÉSE

Átírás:

9. HAMILTON-FÉLE MECHANIKA 9.. Legedre-éle traszormáció x x h x, p= p x x Milye x-él maximális? pl.= x alulról kovex h x =0: d p= dx x=x p a példába: p=x ; h= p x x Mekkora a maximuma? g p= p x p x p g= p p p = p Az ily módo deiiált p g p üggvéyt az üggvéy Legedretraszormációjáak evezzük. L g A Legedre-traszormált Legedre-traszormáltja az eredeti üggvéy. 9.. Hamilto-üggvéy A Lagrage-üggvéy sebességek szeriti Legedre-éle traszormáltja az ú. Hamiltoüggvéy L q,, q, q,, q, t Általáos impulzusok: p = q q,, q, q,, q, t p = q q,, q, q,, q, t q = q q,, q, p,, p, t q = q q,, q, p,, p, t H q,, q, p,, p, t= q p L = Megjegyzés: a q-okat ki kell küszöböli!

9... Példák. Szabad részecske: koordiáta: x sebesség: ẋ x, ẋ, t L= m ẋ p= ẋ =m ẋ ẋ= p m H x, p, t=ẋ p L= p m p p m m = p m. Lieáris harmoikus oszcillátor: x, ẋ, t L= m ẋ D x T p= ẋ =m ẋ ẋ= p m U H x, p, t= ẋ p L= p m p m D x = p m D x 3. -testprobléma: r,, r,, t L= i= H = i= m i r i U r,, r m i r i U r,, r p = =m r r = p r m H = i= p i m i U r,, r

9.3. A Hamilto-üggvéy jeletése A leggyakoribb esetekbe a Hamilto-üggvéy a redszer eergiája. Tétel: Legye L=T U, ahol T homogé másodokú q-okba, és U em ügg a sebességtől. Ekkor a Hamilto-üggvéy az eergia: H q, p, t =T U Bizoyítás: H = = Tétel: q p T U = q = Ha L em ügg explicit módo (explicite) az időtől t =0, T U = q q T = T U =T U q T akkor: h q,, q, q,, q = de. q L mozgásálladó (ú. eergia). = q Másképp: ha a Lagrage-üggvéy időeltolás ivariás, akkor a mechaikai redszer eergiája álladó a mozgás olyamá. Ha a sebességeket az impulzusokkal kiküszöböljük, akkor hq,, q, q,, q éppe a Hamilto-üggvéy. Bizoyítás: dh = [ q q = q d ] q [ q = q q q t ] = = q = q q q d q q t =0 =0 Euler Lagrage =0 9.4. Kaoikus egyeletek Mechaikai redszer: q,, q q, p,, p p, t -dimeziós tér, kibővített ázistér. Adott a Hamilto-üggvéy: H q, p, t Milyeek a mozgások? q,, q, p,, p, t q dq,, q dq, p dp,, p dp, t dh = H q dq H q dq H p dp H p dp H t = =d = = = d q p L = = d q p dl= q p q dp dq q dq q d q q d q q t 3

A megjelölt tagok az általáos impulzusok deiíciója alapjá kiejtik egymást. H = ; q q q = H p ; H t = t Egy mozgás meté Összeoglalva: = d q H q q p ṗ =,, A mozgások kielégítik a q = H p ṗ = H q =,, db első redű egyeletet; redű közöséges diereciálegyelet redszert (ODE). Ezek az ú. kaoikus, vagy Hamiltoi mozgásegyeletek, a mozgásegyeletek a hamiltoi mechaikába. Mozgásegyeletek: Newtoi: m r= F r, r, t Lagrage-éle másodajú: d =0 q q =,, Hamiltoi: q = H q ; ṗ = H q =,, Variációs elv: S =0 Példa: lieáris harmoikus oszcillátor: H = p m D x x, p, t ẋ= H p = p m = p m ṗ= H x = D x ẋ= p m ṗ= D x A kaoikus egyeletekből köye visszakaphatjuk a Newto-éle mozgásegyeletet: ẍ= ṗ m ṗ=m ẍ m ẍ= D x visszakaptuk a Newto-éle mozgásegyeletet. 4

Fetebb láttuk, hogy ha a Lagrage-üggvéy em ügg explicit módo az időtől, akkor az eergia mozgásálladó. Eek megelelője a Hamiltoi mechaikába az alábbi Tétel: Ha H q, p em ügg explicite az időtől, akkor H q, p a mozgásegyeletek első itegrálja (azaz mozgásálladó). Bizoyítás: dh = H q q H p ṗ= H q H p H p H q =0 9.5. A Lagrage-üggvéy mértéktraszormációja Az dm q, t L '= Lq, q, t M q, t tetszőleges, megelelőe direciálható üggvéy L ' a Lagrage-üggvéy mértéktraszormáltja. Lagrage-üggvéy ugyaaz a mechaikai redszer, mit L Tétel: a mozgások mértékivariásak. Bizoyítás: t S = L q t, qt, t ; mozgások: S=0 t 0 t S ' = t 0 t L ' = t 0 S '=SM M 0 ; S '= S =0 álladó L qt, q t, t M q, t M q 0,t 0 Vagyis az L ' redszer mozgásai azoosak az L redszer mozgásaival: a mechaikai redszer azoos. 9.6. A töltött részecske Lagrage-üggvéyéek mértéktraszormációja Fotos példa a mértékivariaciára az elektromágeses Loretz-erő hatása alatt mozgó töltött tömegpot esete: ( q töltésű, m tömegű részecske egy E r, t, Br, t változó elektromágeses mezőbe) Maxwell: div B=0 B=rot A rot E= B t = rot A t rot E A t =0 E= grad A t 6 mező helyett 4 mező segítségével elírható az elektromágeses mező: a skalárpoteciál, A a vektorpoteciál. Ezek azoba em egyértelműek. 5

A, A '=Agrad '= t másodajú mértéktraszormáció B '=rot A'=rot A=B E '= grad ' A' t = grad t A t t grad = E Vagyis az elektromágeses mező (és így a Loretz-erő is) ivariás a másodajú mértéktraszormációval szembe. Írjuk el a Lagrage-üggvéyt! m, q, r, v= r, E, B A, L r, v, t= m v q v Ar, t q r, t relativisztikus relativisztikusa : c m v c m r =q Eq v B Loretz-erő Bizoyítás: v =m vq A x-kompoesre: ẋ =m ẋq A x ; x =q v x A x x v y A y x v z A z x x d ẋ =m ẍq A x x ẋ A x y ẏ A x z ż A x t = x m ẍ=q x A x t E x q [v y A y x A x v z A z x A x B m ẍ=q E x q v rot A x y rot A z z rot A y ] A elírt Lagrage-üggvéy valóba a töltött részecske mozgásegyeletét állítja elő emrelativisztikus esetbe. 6

Hajtsuk végre egy másodajú mértéktraszormációt: {A } '=A r '= t E, B em változik L '= m v q v A ' q '= m v q v A = Lq v r t = Lq d d = r r t r q t = Az elektromágeses mező másodajú mértéktraszormációja a Lagrage-üggvéy mértéktraszormációját eredméyezi, de mithogy az elektromágeses mező sem, így a mozgások sem változak. Írjuk el a Hamilto-üggvéyt! H = q p L ; p= q p= v =m vq A v= p q A m H = p q A m p p q A q m m A A q p q = = p q A m [ p q A ] m p q A q H = p q A q em relativisztikus esetbe. m 7

9.7. Feladatok 9.7.. Írja el az alábbi redszerek Hamilto-üggvéyét és a kaoikus mozgásegyeleteket a) szabad tömegpot (haszáljuk polárkoordiátákat) b) ehézségi erőtérbe mozgó tömegpot c) lieáris harmoikus oszcillátor d) térbeli harmoikus oszcillátor (izotrop és aizotrop esetbe is) e) homogé erőtérbe mozgó ayagi pot ) szigorúa cetrális erőtérbe mozgó ayagi pot (haszáljuk polárkoordiátákat) g) egymás gravitációs erőterébe mozgó két tömegpot (vezessük be súlypoti és relatív koordiátákat) h) az m ẍk x =F t mozgásegyeletű kéyszerrezgést végző ayagi pot i) síkiga, gömbi iga Útmutató: lásd a 6.7.3. eladatot. 9.7.. Felhaszálva, hogy a csillapított lieáris harmoikus oszcillátor Lagrage-üggvéye [ elírható L= e m t ẋ m x ẋ m m x] k alakba, írja el az általáos impulzust és a Hamilto-üggvéyt! 9.7.3. Legye xt egy tetszőleges partikuláris megoldása az m ẍc ẋk x=f t mozgásegyeletek. (Gerjesztett csillapított harmoikus oszcillátor.) Tegyük el, hogy c 4 m k (ú. valódi csillapított rezgés). Hajtsuk végre az Y =e m x x koordiáta traszormációt! Mutassuk meg, hogy m Ÿ k Y =0 az új mozgásegyelet, ahol c k=k! Írjuk el az új 4 m Lagrage- és Hamilto-üggvéyt! Mutassuk meg, hogy x= c t m R{ e m i t} t c i e i mega t e m F e i d m ħ z0 e általáos megoldása 0 az eredeti mozgásegyeletek, ahol z0 egy tetszőleges komplex szám és = k m. c t 8