S-ta’sir funksiyasi - Samarqand dalat universiteti fizika fakulteti nazariy fizika va

S-ta’sir funksiyasi.
Ta’rif. Har qanday sistema o’z harakati davomida shunday trayektoriyani tanlaydiki ta’sir variasiyasi nolga teng bo’ladi
S 0
(4)
Keyingi ishlarni bajarishdan oldin oliy matematika kursidan quyidagilarni esga olaylik.
Yeslatma. 1. Agar bizga ikki o’zgaruvchili f x, y funksiya berilgan bo’lsa uning
differensiali quyidagicha topiladi.
df ( x, y) f
x
dx f dy
y
f (x, y)
f (x, y)
f (x , y ) f x f y ,
0 0 x y
x x x0 , y y y0
Xuddi shu funksiyaning variasiyasi esa
f ( x, y) f
x
x f y
y
Yuqoridagi ikkita formuladan uchinchisining farqi variasiyasi chekli o’zgarishidir.
x, y
o’zgaruvchining
Ta’sir ifodasidan ko’rinib turibdiki uning qiymati integral ostidagi
funksiyaning ko’rinishiga bog’liq, ya’ni u Lagranj funksiyasining funksionalidir. Ta’sir variasiyasi
t2 t2 t2
S S 'S L' dt Ldt [L'L]dt 0
t1 t1 t1
L' L
L L L q L q
q q
Demak, ta’sirning variasiyasini quyidagicha topish mumkin.
t2 L L
S q q q q dt
1
t
q dq d (q)
dt dt
t2 L L d
S q q q dt (q)dt
1
t
t2 L t2 L d
S q qdt
q
(q)dt
dt
t1 t1
L d d L
q
U ,
dV ( q)dt,
dt
V q,
dU
dt q
t2 L d
t1
L t t2 d L
( q)dt
q 2 qdt
(5)
1
t q dt
q
t1 dt q
Masalaning qo’yilishiga ko’ra yuqori va pastki chegarada umumlashgan koordinatalar variasiyasi nolga teng. Demak, ta’sir variasiyasini quyidagicha yozish mumkin:
t2 L d L
S q dt q qdt 0
(6)
t1
Ko’rinib turibdiki oxirgi shart o’rinli bo’lishi uchun quyidagi shart bajarilishi lozim
d L L
dt q q
(7)
(7) Eyler-Lagranj tenglamasi deyiladi. Bu real harakatni tavsiflovchi tenglama bo’lib, birinchi bor Eyler va Lagranj tomonidan keltirib chiqarilgan. Bu tenglamani N’yutonning ikkinchi qonuni bilan taqqoslab quyiadi xulosaga kelish mumkin.
L q,
q
q
L q
q
d q
dt
f (q)
L aq 2 bq 2
E m q 2 ,
k 2
a m / 2
L m q 2
2
oxirgi munosabat erkin ya’ni hyech qanday tashqi kuch ta’sir qilmayotgan zarrachaning klassik Lagranj funksiyasi.
Lagranj funksiyasining ayrim muhim xossalari
Eng kichik ta’sir prinsipiga ko’ra ixtiyoriy fizikaviy sistemaning harakat tenglamasi quyidagi ko’rinishda bo’lishi ma’lum edi
d L L
dt q q
(8)
Bu harakat tenglamasini keltirib chiqarishda biz biror-bir joyda Lagranj funksiyasining oshkor ko’rinishidan foydalanganimiz yo’q. Shuning uchun bu tenglama ixtiyoriy sistema uchun o’rinli. Lagranj funksiyasining konkret ko’rinishlarini topishdan oldin uning (8) harakat tenglamasiga asoslangan ayrim xossalarini ko’rib chiqamiz.
Agar sistemaning Lagranj funksiyasiga biror doimiy additiv kattalik ishtirok
etsa
L L A
A const . Birinchi harakat tenglamasi o’zgarmaydi.
L' L , L' L ;
q q q q
Agar qaralayotgan Lagranj funksiyasi o’zaro ta’sirlashmaydigan erkin zarralar sistemasidan iborat bo’lsa, bunday sistemaning Lagranj funksiyasi alohida zarralar Lagranj funksiyalarining yig’indisidan iborat bo’ladi.
L Li
i
Eng kichik ta’sir prinsipiga ko’ra har qanday sistemaning ta’sir funksiyasi uning Lagranj funksiyasidan olingan quyidagi integral orqali aniqlanadi.
t2
S L( q, q) dt
t1
Bundan ko’rinib turibdiki Lagranj funksiyasi quyidagi shartni qanoatlantirsa
L' L f ,
t
f f (q, q)
ya’ni ixtiyoriy umumlashgan koordinata, umumlashgan tezlikdan bog’lik funksiyaning vaqt bo’yicha to’liq differensialiga farq qilsa
t2 t2
t2 df
t1
S '
L' dt
t1
Ldt
dt
t1 t1
dt S
f (q, q) |t2
S' 0
t1
S f (q, q) |t2
masalaning qo’yilishiga ko’ra sistemaning
t1 va
t 2 vaqt
momentlaridagi umumlashgan koordinata va tezliklari tayin bo’lganligi uchun ikkinchi hadning variasiyasi nolga teng. Biz quyidagi muhim natijani olamiz:
S 0 .
Agar qaralayotgan sistemaning Lagranj funksiyasi bir-biridan to’la hosilaga farq qilsa ularning harakat tenglamalari bir xil ko’rinishga ega bo’ladi. Lagranj funksiyasining bu xususiyatidan uni soddalashtirish maqsadida foydalaniladi.
Masalani umumiy holda qo’yamiz. Faraz qilaylik bizga zarraning tenglamasi ma’lum bo’lsin.
F ma→
Agar bizga biror K sanoq sistemasi berilgan bo’lib, u K sistemaga nisbatan doimiy tezlik bilan harakatlanayotgan bo’lsa (5-rasm), zarraning bu sistemalardagi radius bo’lsa, zarraning bu sistemalardagi radius vektorlari quyidagicha bog’langanligini ko’rish mumkin.
r→ r→'Vt
Bunda vaqt barcha sanoq sistemalarida bir xilda bo’ladi. Galiley prinsipiga ko’ra
vaqt mutlaqo ya’ni vaqtning davomiyligi sanoq sistemaning qanday doimiy tezlik bilan harakatlanishiga bog’liq emas, ya’ni butun koinot uchun yagona vaqt mavjud bo’ladi.
t t
K sistema uchun harakat tenglamasi:
d 2r→
F m dt 2
→
shu harakat tenglamasini K sanoq sistemasi uchun yozamiz.
v dr
dt
dt dt
v v V
v
v V
rasm
Tezliklarning qo’shishning klassik qonunidan kelib chiqadigan natijalar vaqtni
mutlaqoligidir a a . Demak zarrachaning massasi K sistemada ham m ga teng
deb faraz qilsak K uchun Nyutonning ikkinchi qonuni
F m' a→'
Nyutonning qonuni almashtirishlarga nisbatan invariant yoki harakat tenglamalari barcha inersial sanoq sistemalarida bir xil ko’rinishda bo’ladi.
L L(q, q) L (q, q)
q f q, q q q, q .
Biz shunday almashtirish topishimiz kerakki harakat tenglamalari ikkala sistemada ham bir xil bo’lsin.
dL dLq, q d
dt
L
q
L
q2
dLq, q L dq L dq
q q
dq df q, q df dq f dq
dq q
L L dq L e L d f
dq f dq L
q q dq q q dq q
q
q
A) L f
q t
q L
q q
q q
q q
B) L L L f
q f
q ;
q q q q
q q
q
A va B natijalarni Eyler - lagranj tenglamasiga qo’yib f va funksiyalarni aniqlash mumkin, ya’ni K va K sistemalar koordinatalari va vaqtni almashtirish
qonunlaridan keltirib chiqarish mumkin. Eng muhimi bu almashtirish munosabatlari Galiley almashtirishlariga o’xshash chiziqli ko’rinishda bo’ladi. Sodda holda bir o’lchovli harakatni qarasak
x
x t
t x t
1
bo’lsa, u holda
0
1
|