拉格朗日函数
物理学术语
拉格朗日函数是在力学系上只有保守力的作用,是描述整个物理系统的动力状态的函数
定义
分析力学里,一个动力系统的拉格朗日函数,是描述整个物理系统的动力状态的函数,对于一般经典物理系统,通常定义为动能减去势能,以方程表示为
其中, 为拉格朗日量, 为动能, 为势能。
分析力学里,假设已知一个系统的拉格朗日函数,则可以将拉格朗日量直接代入拉格朗日方程,稍加运算,即可求得此系统的运动方程
概念
拉格朗日量是动能 与势能 的差值:
通常,动能的参数为广义速度 (符号上方的点号表示对于时间 的全导数),而势能的参数为广义坐标 ,所以,拉格朗日函数的参数为 。解析一个问题,最先要选择一个合适的广义坐标。然后,计算出其拉格朗日函数。假定这些参数(广义坐标、广义速度)都互相独立,就可以用拉格朗日方程来求得系统的运动方程。
假设一个物理系统的拉格朗日量为 ,则此物理系统的运动,以拉格朗日方程表示为
其中, 是时间, 是广义坐标, 是广义速度。
1.拉格朗日函数与作用量的关系
一个物理系统的作用量 是一种泛函,以数学方程定义为
其中, 是系统的拉格朗日量,广义坐标 是时间 的函数, 和 分别为初始时间和终结时间。
假若,作用量的一次变分 ,作用量 为平稳值,则 正确地描述这物理系统的真实演化。从这变分运算,可以推导出拉格朗日方程。
2.拉格朗日函数与能量守恒定律的关系
思考拉格朗日函数对于时间的全导数
拉格朗日方程代入,可以得到
定义能量函数 为
则能量函数与拉格朗日函数有以下含时关系式:
假若拉格朗日量显性地与时间无关, ,则能量函数是个常数: 。称这常数 为这物理系统的能量。因此,这物理系统的能量守恒
分析原理
分析力学方面
在分析力学里,一个动力系统的拉格朗日量(英语:Lagrangian),又称为拉格朗日函数,是描述整个物理系统的动力状态的函数,对於一般经典物理系统,通常定义为动能减去势能。
力学方面
在力学系上只有保守力的作用,则力学系及其运动条件就完全可以用拉格朗日函数表示出来。这里说的运动条件是指系统所受的主动力和约束。因此,给定了拉氏函数的明显形式就等于给出了一个确定的力学系。拉氏函数是力学系的特性函数。
参考资料
最新修订时间:2022-08-26 11:46
目录
概述
定义
概念
参考资料