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最小作用量原理,圆锥摆最小作用量原理

   2024-01-04 互联网调味品网4400
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1. 最小作用量原理

最小数原理是自然数所具有的一种基本性质,即任何非空的自然数集中都有最小的自然数。最小数原理的另一种表述是:

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设N是全体自然数组成的集合,M是N的一个非空子集,则M中必有最小数。该原理对于M是整数集、有理数集或实数集的有限非空子集,结论又是明显的,因此还有如下的原理:

1.设R是全体实数组成的集合,T是R的有限非空子集,则T中必有最小数;

2.设R是全体实数组成的集合,T是R的有限非空子集,则T中必有最大数

2. 最小作用量原理的应用

物理学中最小作用量原理(英语:least action principle),或更精确地,平稳作用量原理(英语:stationary action principle),是一种变分原理,当应用于一个机械系统的作用量时,可以得到此机械系统的运动方程。这原理的研究引导出经典力学的拉格朗日表述和哈密顿表述的发展。卡尔·雅可比特称最小作用量原理为分析力学之母。

在现代物理学里,这原理非常重要,在相对论、量子力学、量子场论里,都有广泛的用途。在现代数学里,这原理是莫尔斯理论的研究焦点。本篇文章主要是在阐述最小作用量原理的历史发展。关于数学描述、推导和实用方法,请参阅条目作用量。最小作用量原理有很多种例子,主要的例子是莫佩尔蒂原理(Maupertuis' principle)和哈密顿原理。

3. 最小作用量原理推导拉格朗日方程

分析力学的基本理论体系有微分形式和积分形式两种。分析力学微分形式,是由虚功原理和达兰贝尔原理相结合而得到的拉格朗日方程。

虚功原理的提出是静力学由几何静力学时期进入到分析静力学时期。分析力学的另一种形式是积分形式。积分形式是从莫泊丢的最小作用量原理发展起来的变分原理,变分学是以最小观念为基础开辟的一个处理力学问题的全新途径。

4. 雅可比最小作用量原理

经典力学

梁昆淼《力学 下册》 中规中矩的入门书,该讲的点基本都有。配套的习题集已经绝版,可在淘宝咨询。

吴大猷《古典动力学》 文风比较古老。用较多篇幅写了变分法的运用和求解哈密顿雅可比方程。有一些繁复的计算推导,中途省略的步骤需要一定基础来补全,不建议初学就直接看。作者是抗战时期西南联大物理系教授,李政道和杨振宁的老师,50年代后一直是台湾地区科研教育领域的元老级人物。

朗道 《力学》 圣经。第一章关于最小作用原理到拉格朗日力学的思路建议全文背诵。后面每一章读起来都很舒服。不过最后关于绝热不变量的描述不知道是否翻译问题,总觉得不大能令人接受。

电动力学

格里菲斯《电动力学》 格里菲斯先生的书对新手非常友好,简简单单几个方程配上各种讲解,让萌新们能够充分理解基本概念。

J.D.杰克逊 《经典电动力学》 绪论已经告诉大家,这本书假定读者不是初次学习电动力学。全书的重点都是求解各种由电磁学问题引出的微分方程,或许对于某些研究方向而言需要培养这样的物理直觉吧。 当然每一章前面部分的概念叙述必读,后面的这些计算不妨按兴趣选择性地阅读,并不影响对之后章节的理解。

朗道 《场论》 神之手笔,不同凡响。由于朗道的时代凝聚态理论尚未兴起,场论讨论的是古典的电磁场和重力场,当然在这之前又分别引入了狭义和广义相对论知识。因此从电动力学这种带一点应用意味的课程来看,这本书的观点过高了一些。电磁场部分先介绍张量的计算以及狭义相对论时空观,然后又像力学一样从最小作用量引出自由粒子拉格朗日方程,然后以四维矢量势 的形式引入电磁场,讨论得到包括麦克斯韦方程在内的各种基本公式。最后讨论电磁波的辐射和传播,顺带讲了一点光学。

量子力学

格里菲斯 《量子力学》 还是一样的很亲切,适合初学甚至再学。需要注意的是作者把一部分内容藏在习题里面,带星号的题目一定要做,至少得看看。个人非常喜欢这种将复杂概念简化,以多个小问的形式一步步带你思考的问题。这远远胜过某些和科学基本无关,生搬硬套概念,让你挑不出毛病但又做得恶心的题目。

喀兴林 《高等量子力学》 朴实,稳健。从第一章起就强调了量子力学的核心概念,即希尔伯特空间矢量,并熟练使用狄拉克符号。计算步骤详细,而对结果的讨论点到为止,不做多余发挥。正如同书中所说的,尽量讲清楚了每一部分内容,同时不说基本原理推不出来的话。

曾谨言 《量子力学 卷II》 按照作者的设想本书是作为高量教材的,因此又重新介绍了一遍量子力学,却反而比所谓初等的卷I(以及其阉割版,红皮的量子力学教程)更为清晰易懂。内容安排与喀兴林书类似,互为补充,还额外介绍了许多较为现代的内容(喀兴林书认为无法讲全讲透,索性舍去),可以参照阅读。

吴大猷 《量子论与原子结构》《量子力学甲部》《量子力学乙部》 作者自身的研究领域是原子和分子的光谱,因此教材中也用许多笔墨来讨论电子跃迁和光谱等问题。如果喜欢这种教材的风格,可以作为补充材料翻一翻。

统计物理

Pathria

李政道 《统计力学讲义》

Kardar

久保亮五(Ryogo Kubo)

5. 最小作用量原理和哈密顿原理

根据哈密顿-凯莱定理,任给数域P上的一个n级矩阵A,总可以找到数域P上一个多项式使如果多项式使我们就称以A为根。以A为根的多项式是很多的,其中次数最低的首项系数为1的以A为根的多项式称为A的最小多项式。

讨论如何应用最小多项式来判断一个矩阵能否对角化.

引理1:矩阵A的最小多项式是唯一的。

引理2:设是矩阵A的最小多项式,那么以A为根的充分必要条件是整除.

由此可知,矩阵A的最小多项式是A的特征多项式的一个因式。

例1:数量矩阵kE的最小多项式为x-k,特别地,单位矩阵的最小多项式为x-1,零矩阵的最小多项式为x.

另一方面,如果A的最小多项式是1次多项式,那么A一定是数量矩阵。

6. 最小作用量原理完全解读

第一公理:对立统一法则

对立统一法则(unity of opposites),物理学上也叫超对称原理(supersymmetry),是基于客观事物结构特征与变化规律的超越数学对称的核心原理:事物的“因与果”或“动与力”之间,是相互制衡与互为因果的关系。

第二公理:最小作用量原理

最小作用量原理,是指自然运动总是以最短的路径,同时消耗最低的能量。

第三公理:叠加原理

叠加,是几个独立参量的在同区域的协同效应或综合效应。

第四公理:加速度定律

也叫牛顿第二定律,F=ma=mv²/R,是最基本的描述动力关系(v&F)的动力学方程。若F=0,则a=dv/dt=0,v=constant,即惯性定律。

第五公理:守恒性原理

世界是存在的,存在是物质的,物质是永恒的。质量·能量·动量都守恒。

第六公理:万有引力定律

万有引力定律:F=GMm/R²是宏观动力学最伟大的方程之一。

第七公理:电磁力方程

电磁力方程或库仑定律:F=(1/4πε₀)e²/R²,是微观动力学的最伟大方程之一。

第八公理:光电效应方程

光电效应方程:△½m₀v²=△hc/λ,即电子的旋进动能(Ek)激发光子的辐射动能(Eγ)。这是爱因斯坦对量子力学的最伟大的贡献。

第九公理:电磁感应定律

法拉第电磁感应定律:感生电动势的大小,等于磁场的变化率:E=-dB/dt,揭示了电与磁的动力学关系。在库仑定律与电磁感应定律之后,又有了麦克斯韦方程组。

第十公理:兰道尔原理

兰道尔原理:W=△Ek=kBln2,是说信息删除功(W)与信息比特量(B)成正比。

7. 最小作用量原理是谁提出的

誰告诉你的?誰胆这么肥?放马过来,叫他怀疑人生!若是大神,叫祂怀疑神生!

牛顿三律,是物理最基本的科学原理,是数千年探索的真谛,是所有自然科学的基石。

牛顿三律,是检验一切反科学、伪科学、非科学的试金石,只有牛顿三律推翻它们的份!

牛一也叫惯性定律,对应封闭系统质量守恒、最小作用量与熵增加原理:

ΣFi=mv²/r≡0。Σmi₁-Σmi₂=0。

△质量守恒定律,也叫物质不灭定律,是最重要的物理原理之一。

牛二也叫加速度定律,对应开放系统的能量守恒与转换定律:

F=ma=mv²/r,ΣEi₁-ΣEi₂≡0。

▲大家注意:先裂变后聚变,右边的结合能与释放能,都来自左边的氘氚氦的裂变能。能量与质量都是分别守恒的。

牛三也叫反作用力定律,对应开放系统的动量守恒定律:

F=F',Σpi₁-Σpi₂≡0。

牛顿三律,是互为因果、相辅相成、相得益彰、不可分割的联立方程组。

否认牛顿三律的任何一个,就等于否定了所有自然科学的所有科学原理。

有人不服,小虫虫在肚子里蠢蠢欲动,说有质能方程E=mc²,告诉你:这不成立。

因为E=mc²推导的依据,本来就不成立。

①洛伦兹变换γ(v)=1/√(1-v²/c²),本来就不成立,其要害是不知道:光子是场的固有量子。

②对质量的微积分不成立,因为质量是不连续参量。原子内空间有极大的间断区域。

关于狭义相对论的若干致命性瑕疵,笔者在若干前文有专业的动力学证明,不再赘述。

至于“质量亏损”与“能量变质量”之类的托辞,纯属不求甚解的不懂装懂。

恕我直言,本文似乎盛气凌人,可为了不至于误人子弟与祸国殃民,只是不得已而为之。

Stop here。物理新视野与您共商物理前沿与中英双语有关的疑难问题。

8. 费曼最小作用量原理

简单与美

20世纪杰出的物理学家之一、诺贝尔奖得主理查德·费曼常被引用的一句话是:“你可以通过它的美和简单,来认识真理”。斯蒂芬·霍金指出过,“当科学对现象或不同观测之间的联系作出简单的解释时,它是美丽的。例子包括生物学中的双螺旋和物理学的基本方程。”爱因斯坦也说过:“When the solution is simple, God is answering(当解决方案很简单时,上帝在回答)” 。

自然,没有理由认为简单和美丽是科学真理的可靠标准,但的确有许多科学是简洁美丽的。例如,斐波那契数列或黄金分割比,斐波那契螺旋或黄金螺旋,被认为是简洁、美丽的,并且确实可以在自然界的许多地方找到。

在公元前300年左右,几何学的创始人欧几里德的《Elements(元素)》,给出了后来被称为“黄金分割比”的第一个明确定义。欧几里德的定义源于对一条线段的简单划分,他称之为“极端和平均比例”。用欧几里德的话说:

一条直线被称为是在极端和平均比例下被切割的,当整条线段与较大的线段之比,等于较大的线段与较小的线段之比时候。

由这个定义,容易推出如下方程:

求解得到的值,通常写为φ=1.618…。黄金分割比最著名的应用是所谓的黄金矩形,它可以被分割成一个完美的正方形,还有一个较小的、其纵横比与被切割的矩形相同的矩形。

在《神奇的斐波那契数列》博文中,已经介绍过斐波那契数列和黄金分割比一些简单、优美的公式,其实还有很多。例如,如下的公式,在那篇博文就没有提到:

我们可以通过一系列连续的近似,来计算黄金分割比φ的值。实际上,还可以非常简单地递归定义一个“斐波那契比数列(the Fibonacci-ratio sequence)”(但不知是否有人这样做过),见附录。

时间表

在题为《Divine Proportion: Phi In Art, Nature, and Science(神圣比例:艺术、自然和科学中的Phi)》(参考资料[2])一书中,普里亚•海门威(Priya Hemenway)声称:黄金分割比在艺术、自然和科学中的无数出现,千百年来一直是人们猜测和好奇的源泉。《神圣比例》一书利用科学来讲述Phi的故事,并探索它在不同地方的表现,如内耳的结构、飓风的螺旋、帕台农神庙的威严和“蒙娜丽莎”的难以捉摸的完美。书中有一个时间表:

菲迪亚斯(Phidia

9. 最小作用量原理知乎

质速关系(mass-velocity relation)。在相对论力学中,物体的惯性质量分为静质量和相对论质量,两者的关系式即质速关系。质速关系又称为质增效应,是相对论性效应之一。

在相对论力学中,质能关系等都是由质速关系推导出来的。相对论时空观认为参考系变换等价于闵氏时空的旋转,同一个物理过程,其作用量经过参考系变换是不变的。

考虑任意一个物理过程,其作用量为

S=∫Ldt=∫γLdτ

其中γ为洛伦兹因子,γ=1/(1-v2/c2)1/2。L为拉格朗日函数,τ为不随参考系的变换而改变的固有时,所以γL也是不依赖于参考系选取的常量,令γL=α,则

L=α/γ

考虑一个不受任何外力作用的物体做惯性运动,低速条件下,相对论力学退化为牛顿力学形式,有

1/γ≈1-v2/2c2,故

L≈α-αv2/2c2

现在要求这个形式与牛顿力学形式一致。在牛顿力学中,物体不受任何外力时,

L=T-V=mv2/2-0=mv2/2

由于在L上加减任何一个常数,不影响最小作用量原理,因此两相对比可以得到

α=-mc2

于是得到相对论条件下的拉格朗日函数

L=-mc2/γ=-mc2/(1-v2/c2)1/2

而物体的动量

p=∂L/∂v

最后可得

p=mv/(1-v2/c2)1/2=γmv

由此可见,在相对论中,物体的惯性质量不再是个常量m,而是随着物体的速度而变化,即

m'=γm

这里的m'是相对论质量,m是牛顿力学中的质量,即静质量m0。将上式中的m'换成m,m换成m0,即可得

m=γm0

10. 最小作用量原理公式

从事电力行业的人,真的会分不清kW和kWh?好多人会想,这不就是装机容量和发电量的单位吗?其实,问题不只这么简单。能够分清这个电力行业的“李逵”和“李鬼”,对于从事电力行业的工作人员学习和工作有非常大的帮助。kW和kWh的区别究竟在哪里?本质上只有一句话:kW是电功率单位,kWh是电能单位。

电功率电功率表示电流做功的快慢,即生产或消耗电能的快慢,单位为瓦特(W)。我们常用的单位kW、MW、GW分别等于一千瓦特、一百万瓦特(等于1000千瓦,即兆瓦)、十亿瓦特(等于1000兆瓦)。

发电机的功率是其生产电能的速率,装机容量就是该系统实际安装的发电机组额定有功功率求和。而用电端,家用电器的功率指的是它消耗电能的速度。比如同样是灯泡,100W的灯泡就比60W的功率更大,亮度更亮,单位时间耗电越多。

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标签: 用量 最小 原理
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