Что значит "лагранжа уравнения"

,

1. в гидромеханике ≈ уравнения движения жид кой среды, записанные в переменных Лагранжа, которыми являются координаты частиц среды. Из Л. у. определяется закон движения частиц среды в виде зависимостей координат от времени, а по ним находятся траектории, скорости и ускорения частиц. Обычно этот путь исследования оказывается достаточно сложным, и при решении большинства гидромеханических задач идут другим путём, используя Эйлера уравнения гидромеханики. Л. у. применяют главным образом при изучении колебательных движений жидкости.

   Л. у. являются уравнениями в частных производных и имеют вид:

   (i = 1, 2, 3),

   где t ≈ время, х, у, z ≈ координаты частицы, a1, a2, a3 ≈ параметры, которыми отличаются частицы друг от друга (например, начальные координаты частиц), X, Y, Z ≈ проекции объёмных сил, р ≈ давление, r ≈ плотность.

   Решение конкретных задач сводится к тому, чтобы, зная X, Y, Z, а также начальные и граничные условия, найти х, у, z, р, r ═как функции t и а1, a2, a3. При этом надо использовать ещё неразрывности уравнение (тоже в переменных Лагранжа) и уравнение состояния в виде r = f(Р) (для несжимаемой жидкости r ≈ const).

2. В общей механике ≈ уравнения, применяемые для изучения движения механической системы, в которых за величины, определяющие положение системы, выбирают независимые между собой параметры, называют обобщёнными координатами . Впервые получены Ж. Лагранжем в 1760.

   Движение механической системы можно изучать, используя или непосредственно уравнения, которые даёт 2-й закон динамики, или получаемые как следствия из законов динамики общие теоремы (см. Динамика ). Первый путь приводит к необходимости решать большое число уравнений, зависящее от числа точек и тел, входящих в систему; кроме того, эти уравнения содержат дополнительные неизвестные в виде реакций наложенных связей (см. Связи механические ). Всё это приводит к большим математическим трудностям. Второй путь требует применения каждый раз разных теорем и для сложных систем приводит в итоге к тем же трудностям.

   Л. у. дают для широкого класса механических систем единый и достаточно простой метод составления уравнений движения, не зависящий от вида (сложности) конкретной системы. Большое преимущество Л. у. состоит в том, что число их равно числу степеней свободы системы и не зависит от количества входящих в систему точек и тел. Например, машины и механизмы состоят из многих тел (деталей), а имеют обычно 1≈2 степени свободы; следовательно, изучение их движения потребует составления лишь 1≈2 Л. у. Кроме того, при идеальных связях из Л. у. автоматически исключаются все неизвестные реакции связей. По этим причинам Л. у. широко используются при решении многих задач механики, в частности в динамике машин и механизмов, в теории колебаний, теории гироскопа и др. Кроме этого, в случае, когда на систему действуют только потенциальные силы, Л. у. приводятся к виду, позволяющему использовать их (при соответствующем обобщении понятий) не только в механике, но и в др. областях физики.

   Для голономных систем Л. у. в общем случае имеют вид:

   (i = 1,2, ..., n),

   где qi≈ обобщённые координаты, число которых равно числу n степеней свободы системы, ═≈ обобщённые скорости, Qi ≈ обобщённые силы, Т ≈ кинетическая энергия системы, выраженная через qi и .

   Для составления уравнений (1) надо найти выражение Т и вычислить по заданным силам Qi. После подстановки Т в левые части уравнения (1) будут содержать координаты qi и их первые и вторые производные по времени, т. е. будут дифференциальными уравнениями 2-го порядка относительно qi. Интегрируя эти уравнения и определяя постоянные интегрирования по начальным условиям, находят зависимости qi(t), т. е. закон движения системы в обобщённых координатах.

   Когда на систему действуют только потенциальные силы, Л. у. принимают вид:

   (i = 1,2, ..., n),

   где L = Т ≈ П ≈ т. н. функция Лагранжа, а П ≈ потенциальная энергия системы. Эти уравнения используются и в др. областях физики.

   Уравнения (1) и (2) называют ещё Л. у. 2-го рода. Кроме них, есть Л. у. 1-го рода, имеющие вид обычных уравнений в декартовых координатах, но содержащие вместо реакций связей пропорциональные им неопределённые множители. Особыми преимуществами эти уравнения не обладают и используются редко, главным образом для отыскания реакций связей, когда закон движения системы найден другим путём, например с помощью уравнений (1) или (2).

   Лит. см. при ст. Механика . О Л. у. в гидромеханике см. Кочин Н. Е., Кибель И. А., Розе Н. В., Теоретическая гидромеханика, 6 изд., ч. 1, М., 1963.

   С. М. Тарг.