Zwangsbedingungen und Zwangskräfte: Difference between revisions

Revision as of 16:29, 12 September 2010

Mechanikvorlesung von Prof. Dr. E. Schöll, PhD

Der Artikel Zwangsbedingungen und Zwangskräfte basiert auf der Vorlesungsmitschrift von Franz- Josef Schmitt des 1.Kapitels (Abschnitt 1) der Mechanikvorlesung von Prof. Dr. E. Schöll, PhD.

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{{#set:Urheber=Prof. Dr. E. Schöll, PhD|Inhaltstyp=Script|Kapitel=1|Abschnitt=1}} Kategorie:Mechanik __SHOWFACTBOX__

Ein System von N Massepunkten hat 3N Freiheitsgrade, wenn keine Zwangsbedingungen vorliegen. Die Zahl der Freiheitsgrade wird verringert durch

Holonome (integrable) Zwangsbedingungen

Die Aufstellung der Zwangsbedingungen erfolgt derart, dass für eine Zwangsbedingung{{#set:Fachbegriff=Zwangsbedingung|Index=Zwangsbedingung}} $λ$ gilt:

f_{λ} ({\vec{r}}_{1}, {\vec{r}}_{2}, {\vec{r}}_{3}, . . . {\vec{r}}_{N}) = 0 λ = 1, . . . ν

Die Zahl der Freiheitsgrade beträgt dann

f = 3 N - ν

Beispiel:Betrachten wir als Beispiel einen Starren Körper aus 3 Teilchen, die jeweils den festen Abstand

miniatur|Punkte 1,2,3 mit Abständen $l_{i} j$

l_{i j}

einhalten, so erhalten wir 3 Zwangsbedingungen:

\begin{aligned} f_{1} = | {\vec{r}}_{1} - {\vec{r}}_{2} | - l_{12} = 0 \\ f_{2} = | {\vec{r}}_{2} - {\vec{r}}_{3} | - l_{23} = 0 \\ f_{3} = | {\vec{r}}_{1} - {\vec{r}}_{3} | - l_{13} = 0 \end{aligned}

Die Zahl der Freiheitsgrade beträgt $f = 3 N - ν = 9 - 3 = 6$

Starrer Körper aus N Teilchen
N	Hinzukommende Einschränkungen	Zwangsbedingungen ( $ν$ )	Freiheitsgrade $f = 3 N - ν$
1	0	0	3
2	1	1	5
3	2	3	6
4	3	6	6
5	3	9	6
...	..	..	..
$N \geq 4$	3	3N-6	6

Allgemein könnte man nun für einen beliebigen starren Körper aus N Teilchen annehmen:

f_{λ} ({\vec{r}}_{1}, {\vec{r}}_{2}, {\vec{r}}_{3}, . . . {\vec{r}}_{N}) = | {\vec{r}}_{i} - {\vec{r}}_{j} | - l_{i j} = 0 i, j = 1, 2, . . ., N

Jedoch sind diese Bedingungen nicht unabhängig. So gibt es für N=4 noch wie zu erwarten drei zusätzliche neue Einschränkungen. i,j kann von 1-4 laufen, 2 aus 4 sind gerade 6 Möglichkeiten und es gibt für N=4 auch genau 6 Zwangsbedingungen. Für N=5 kommen jedoch nicht 4 neue Zwangsbedingungen hinzu, sondern lediglich drei. Hier greift die Abhängigkeit einer Zwangsbedingung mit den anderen und man kann eine Zwangsbedingung der 2 aus 5 Kombinationen weglassen. Wäre dies nicht der Fall, so würde sich die Zahl der Freiheitsgrade des starren Körpers ja auch gerade wieder reduzieren, was unsinnig scheint. Es zeigt sich, dass für jeden Massepunkt ab N=4 genau drei neue Einschränkungen hinzukommen. Die Zahl der Freiheitsgrade bleibt ab N=3 konstant, nämlich 6.

Unabhängigkeit bedeutet, dass für alle

λ = 1, . . ., ν

die Zwangsbedingungen ein linear unabhängiges Gleichungssystem bilden, also

Rang (\frac{\partial f_{λ}}{\partial r_{i}}) = ν

Somit gibt es genau 3N-6 Freiheitsgrade für $N \geq 3$ . Nun sucht man eine Lösung für die Bewegungsgleichung. Ohne Zwangsbedingung findet man für das i-te Teilchen eine Bahnkurve

{\vec{r}}_{i} (t)

. Alle Bahnen

{\vec{r}}_{i} (t)

müssen nun jedoch die

ν

unabhängigen Zwangsbedingungen erfüllen:

f_{λ} ({\vec{r}}_{1} (t), {\vec{r}}_{2} (t), {\vec{r}}_{3} (t), . . . {\vec{r}}_{N} (t), t) = 0 λ = 1, . . . ν f \ddot{u} r a l l e t

Das totale Differenzial{{#set:Fachbegriff=totale Differenzial|Index=totale Differenzial}} ( längs der Bahn

{\vec{r}}_{i} (t)

) läßt sich schreiben:

\frac{d f_{λ}}{d t} = \sum_{i = 1}^{N} \nabla_{r i} f_{λ} \cdot {\vec{v}}_{i} + \frac{\partial f_{λ}}{\partial t} = 0 λ = 1, . . . ν

In differenzieller Schreibweise gewinnen wir das vollständige Differential{{#set:Fachbegriff=vollständige Differential|Index=vollständige Differential}}:

d f_{λ} = \sum_{i = 1}^{N} \nabla_{r i} f_{λ} \cdot d {\vec{r}}_{i} + \frac{\partial f_{λ}}{\partial t} d t = 0 λ = 1, . . . ν

Nichtholonome Zwangsbedingungen

Nun sind jedoch nichtholonome Zwangsbedingungen der Art:

\sum_{i = 1}^{N} {\vec{a}}_{λ i} ({\vec{r}}_{1}, {\vec{r}}_{2}, . . ., {\vec{r}}_{N}, t) \cdot d {\vec{r}}_{i} + {\vec{a}}_{λ 0} ({\vec{r}}_{1}, {\vec{r}}_{2}, . . ., {\vec{r}}_{N}, t) d t = 0 λ = 1, . . . ν

{{#set:Definition=nichtholonome Zwangsbedingungen|Index=nichtholonome Zwangsbedingungen}}

Dies ist eine Pfaffsche Differenzialform{{#set:Fachbegriff=Pfaffsche Differenzialform|Index=Pfaffsche Differenzialform}}. Diese ist nicht integrabel, was gleichbedeutend ist damit, dass kein integrierender Faktor{{#set:Fachbegriff=integrierender Faktor|Index=integrierender Faktor}}

g_{λ}

existiert, so dass

\sum_{i = 1}^{N} g_{λ} {\vec{a}}_{λ i} ({\vec{r}}_{1}, {\vec{r}}_{2}, . . ., {\vec{r}}_{N}, t) \cdot d {\vec{r}}_{i} + g_{λ} {\vec{a}}_{λ 0} ({\vec{r}}_{1}, {\vec{r}}_{2}, . . ., {\vec{r}}_{N}, t) d t = d f_{λ} λ = 1, . . . ν

Gleichbedeutend mit

\begin{aligned} g_{λ} {\vec{a}}_{λ i} = \nabla_{r i} f_{λ} \\ g_{λ} {\vec{a}}_{λ 0} = \frac{\partial f_{λ}}{\partial t} \end{aligned}

Dies kann man wieder so interpretieren, dass beliebige Positionen der Teilchen, also

{\vec{r}}_{i} (t) i = 1 . . . N

möglich sind, also

{\vec{r}}_{1}, {\vec{r}}_{2}, . . . {\vec{r}}_{N}

beliebig, jedoch ist die momentane Bewegungsrichtung eingeschränkt. Man sagt auch, die lokalen Bewegungen sind eingeschränkt ( längs der Bahn

{\vec{r}}_{i} (t) i = 1 . . . N

)

\sum_{i = 1}^{N} {\vec{a}}_{λ i} ({\vec{r}}_{1}, {\vec{r}}_{2}, . . ., {\vec{r}}_{N}, t) \cdot {\vec{v}}_{i} + {\vec{a}}_{λ 0} ({\vec{r}}_{1}, {\vec{r}}_{2}, . . ., {\vec{r}}_{N}, t) = 0 λ = 1, . . . ν

Beispiel ist das Rangieren eines Autos auf einer freien Fläche. Jeder Punkt ist erreichbar, jedoch ist

d {\vec{r}}_{i} (t)

durch die momentane Radrichtung bestimmt

Zeitabhängigkeit

Es ist weiter zu unterscheiden

zeitabhängige Zwangsbedingungen heißen rheonom{{#set:Fachbegriff=rheonom|Index=rheonom}}
zeitunabhängige ( nicht explizit zeitabhängige) , starre, ZB heißen skleronom{{#set:Fachbegriff=skleronom|Index=skleronom}}

Zwangsbedingungen als Ungleichungen

z.B. bei einem Gas in einem Behälter mit Wänden

Zwangskräfte

Bewegungsgleichungen

m_{i} {\ddot{\vec{r}}}_{i} (t) = {\vec{F}}_{i} + \sum_{j} {\vec{F}}_{i j} = : {\vec{X}}_{i} i = 1 . . . N

diese Art ist bekannt. Auf der rechten Seite findet sich die Summe der äußeren Kräfte{{#set:Fachbegriff=äußeren Kräfte|Index=äußeren Kräfte}}, eine äußere Kraft auf das i-te Teilchen und die Summe über die inneren Kräfte{{#set:Fachbegriff=inneren Kräfte|Index=inneren Kräfte}} durch Wechselwirkung mit den weiteren j Teilchen, die anwesend sind. Die Summe aller Kräfte nennt man eingeprägte Kräfte{{#set:Fachbegriff=eingeprägte Kräfte|Index=eingeprägte Kräfte}}.

Diese Bewegungsgleichungen sind nun jedoch unter den Nebenbedingungen

f_{λ} ({\vec{r}}_{1}, {\vec{r}}_{2}, {\vec{r}}_{3}, . . . {\vec{r}}_{N}) = 0 λ = 1, . . . ν

holonome Nebenbedingungen{{#set:Fachbegriff=holonome Nebenbedingungen|Index=holonome Nebenbedingungen}}

oder

\sum_{i = 1}^{N} {\vec{a}}_{λ i} ({\vec{r}}_{1}, {\vec{r}}_{2}, . . ., {\vec{r}}_{N}, t) \cdot {\vec{v}}_{i} + {\vec{a}}_{λ 0} ({\vec{r}}_{1}, {\vec{r}}_{2}, . . ., {\vec{r}}_{N}, t) = 0 λ = 1, . . . ν

anholonome Nebenbedingungen{{#set:Fachbegriff=anholonome Nebenbedingungen|Index=anholonome Nebenbedingungen}}

zu lösen.

Dazu soll die Beschreibung gewechselt werden.

Wir nehmen an, dass die Nebenbedingungen (Zwangsbedingungen) durch Zwangskräfte{{#set:Fachbegriff=Zwangskräfte|Index=Zwangskräfte}}

{\vec{Z}}_{i}

erzwungen werden.

Damit folgt für unsere Bewegungsgleichung:

m_{i} {\ddot{\vec{r}}}_{i} (t) = {\vec{F}}_{i} + \sum_{j} {\vec{F}}_{i j} + {\vec{Z}}_{i} = : {\vec{X}}_{i} + {\vec{Z}}_{i} i = 1 . . . N

Beim Beispiel der schiefen Ebene wirkt die Zwangskraft gerade der Normalkraft entgegen und verhindert somit das Fallen des Körpers durch die schiefe Ebene.

miniatur|schiefe Ebene mit der Zwangskraft Z im Bild mit N Bezeichnet und Schwerkraft G=mg

Es gilt:

\begin{aligned} \vec{Z} = m g \cos ϑ \cdot (\begin{matrix} \sin ϑ \\ \cos ϑ \end{matrix}) \\ \vec{F} = - m g \cdot (\begin{matrix} 0 \\ 1 \end{matrix}) \\ \vec{Z} + \vec{F} = m g \sin ϑ \cdot (\begin{matrix} \cos ϑ \\ - \sin ϑ \end{matrix}) \end{aligned}

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-<math>{{f}_{\lambda }}({{\vec{r}}_{1}},{{\vec{r}}_{2}},{{\vec{r}}_{3}},...{{\vec{r}}_{N}})=0\quad \quad \lambda =1,...\nu </math>
+:<math>{{f}_{\lambda }}({{\vec{r}}_{1}},{{\vec{r}}_{2}},{{\vec{r}}_{3}},...{{\vec{r}}_{N}})=0\quad \quad \lambda =1,...\nu </math>
@@ Line 17: / Line 17: @@
 [[Datei:Dreieck_graph.svg|miniatur|Punkte 1,2,3 mit Abständen <math>l_ij</math>]]
-<math>{{l}_{ij}}</math>
+:<math>{{l}_{ij}}</math>
 einhalten, so erhalten wir 3 Zwangsbedingungen:
-<math>\begin{align}
+:<math>\begin{align}
    & {{f}_{1}}=|{{{\vec{r}}}_{1}}-{{{\vec{r}}}_{2}}|-{{l}_{12}}=0 \\
   & {{f}_{2}}=|{{{\vec{r}}}_{2}}-{{{\vec{r}}}_{3}}|-{{l}_{23}}=0 \\
@@ Line 75: / Line 75: @@
 Allgemein könnte man nun für einen beliebigen starren Körper aus N Teilchen annehmen:
-<math>{{f}_{\lambda }}({{\vec{r}}_{1}},{{\vec{r}}_{2}},{{\vec{r}}_{3}},...{{\vec{r}}_{N}})=|{{\vec{r}}_{i}}-{{\vec{r}}_{j}}|-{{l}_{ij}}=0\quad i,j=1,2,...,N</math>
+:<math>{{f}_{\lambda }}({{\vec{r}}_{1}},{{\vec{r}}_{2}},{{\vec{r}}_{3}},...{{\vec{r}}_{N}})=|{{\vec{r}}_{i}}-{{\vec{r}}_{j}}|-{{l}_{ij}}=0\quad i,j=1,2,...,N</math>
 Jedoch sind diese Bedingungen nicht unabhängig. So gibt es für N=4 noch wie zu erwarten drei zusätzliche neue Einschränkungen. i,j kann von 1-4 laufen, 2 aus 4 sind gerade 6 Möglichkeiten und es gibt für N=4 auch genau 6 Zwangsbedingungen.
 Für N=5 kommen jedoch nicht 4 neue Zwangsbedingungen hinzu, sondern lediglich drei. Hier greift die Abhängigkeit einer Zwangsbedingung mit den anderen und man kann eine Zwangsbedingung der 2 aus 5 Kombinationen weglassen. Wäre dies nicht der Fall, so würde sich die Zahl der Freiheitsgrade des starren Körpers ja auch gerade wieder reduzieren, was unsinnig scheint.
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 Unabhängigkeit bedeutet, dass für alle
-<math>\lambda =1,...,\nu </math>
+:<math>\lambda =1,...,\nu </math>
 die Zwangsbedingungen ein '''linear unabhängiges Gleichungssystem''' bilden, also
-<math>\operatorname{Rang}\left( \frac{\partial {{f}_{\lambda }}}{\partial {{r}_{i}}} \right)=\nu </math>
+:<math>\operatorname{Rang}\left( \frac{\partial {{f}_{\lambda }}}{\partial {{r}_{i}}} \right)=\nu </math>
 Somit gibt es genau 3N-6 Freiheitsgrade für <math>N \ge 3</math>.
 Nun sucht man eine Lösung für die '''Bewegungsgleichung'''. Ohne Zwangsbedingung findet man für das i-te Teilchen eine Bahnkurve
-<math>{{\vec{r}}_{i}}(t)</math>
+:<math>{{\vec{r}}_{i}}(t)</math>
 . Alle Bahnen
-<math>{{\vec{r}}_{i}}(t)</math>
+:<math>{{\vec{r}}_{i}}(t)</math>
 müssen nun jedoch die
-<math>\nu </math>
+:<math>\nu </math>
 unabhängigen Zwangsbedingungen erfüllen:
-<math>{{f}_{\lambda  }}({{\vec{r}}_{1}}(t),{{\vec{r}}_{2}}(t),{{\vec{r}}_{3}}(t),...{{\vec{r}}_{N}}(t),t)=0\quad \quad \lambda =1,...\nu \quad f\ddot{u}r\ alle\ t</math>
+:<math>{{f}_{\lambda  }}({{\vec{r}}_{1}}(t),{{\vec{r}}_{2}}(t),{{\vec{r}}_{3}}(t),...{{\vec{r}}_{N}}(t),t)=0\quad \quad \lambda =1,...\nu \quad f\ddot{u}r\ alle\ t</math>
 Das {{FB|totale Differenzial}} ( längs der Bahn
-<math>{{\vec{r}}_{i}}(t)</math>
+:<math>{{\vec{r}}_{i}}(t)</math>
 ) läßt sich schreiben:
-<math>\frac{d{{f}_{\lambda }}}{dt}=\sum\limits_{i=1}^{N}{{{\nabla }_{ri}}{{f}_{\lambda }}\cdot {{{\vec{v}}}_{i}}+\frac{\partial {{f}_{\lambda }}}{\partial t}=}0\quad \quad \lambda =1,...\nu </math>
+:<math>\frac{d{{f}_{\lambda }}}{dt}=\sum\limits_{i=1}^{N}{{{\nabla }_{ri}}{{f}_{\lambda }}\cdot {{{\vec{v}}}_{i}}+\frac{\partial {{f}_{\lambda }}}{\partial t}=}0\quad \quad \lambda =1,...\nu </math>
@@ Line 107: / Line 107: @@
-<math>d{{f}_{\lambda }}=\sum\limits_{i=1}^{N}{{{\nabla }_{ri}}{{f}_{\lambda }}\cdot d{{{\vec{r}}}_{i}}+\frac{\partial {{f}_{\lambda }}}{\partial t}dt=}0\quad \quad \lambda =1,...\nu </math>
+:<math>d{{f}_{\lambda }}=\sum\limits_{i=1}^{N}{{{\nabla }_{ri}}{{f}_{\lambda }}\cdot d{{{\vec{r}}}_{i}}+\frac{\partial {{f}_{\lambda }}}{\partial t}dt=}0\quad \quad \lambda =1,...\nu </math>
 ===Nichtholonome Zwangsbedingungen===
@@ Line 113: / Line 113: @@
-<math>\sum\limits_{i=1}^{N}{{{{\vec{a}}}_{\lambda i}}({{{\vec{r}}}_{1}},{{{\vec{r}}}_{2}},...,{{{\vec{r}}}_{N}},t)\cdot d{{{\vec{r}}}_{i}}+{{{\vec{a}}}_{\lambda 0}}({{{\vec{r}}}_{1}},{{{\vec{r}}}_{2}},...,{{{\vec{r}}}_{N}},t)dt=}0\quad \quad \lambda =1,...\nu </math>|nichtholonome Zwangsbedingungen}}
+:<math>\sum\limits_{i=1}^{N}{{{{\vec{a}}}_{\lambda i}}({{{\vec{r}}}_{1}},{{{\vec{r}}}_{2}},...,{{{\vec{r}}}_{N}},t)\cdot d{{{\vec{r}}}_{i}}+{{{\vec{a}}}_{\lambda 0}}({{{\vec{r}}}_{1}},{{{\vec{r}}}_{2}},...,{{{\vec{r}}}_{N}},t)dt=}0\quad \quad \lambda =1,...\nu </math>|nichtholonome Zwangsbedingungen}}
 Dies ist eine {{FB|Pfaffsche Differenzialform}}. Diese ist nicht integrabel, was gleichbedeutend ist damit, dass kein {{FB|integrierender Faktor}}
-<math>{{g}_{\lambda }}</math>
+:<math>{{g}_{\lambda }}</math>
 existiert, so dass
-<math>\sum\limits_{i=1}^{N}{{{g}_{\lambda }}{{{\vec{a}}}_{\lambda i}}({{{\vec{r}}}_{1}},{{{\vec{r}}}_{2}},...,{{{\vec{r}}}_{N}},t)\cdot d{{{\vec{r}}}_{i}}+{{g}_{\lambda }}{{{\vec{a}}}_{\lambda 0}}({{{\vec{r}}}_{1}},{{{\vec{r}}}_{2}},...,{{{\vec{r}}}_{N}},t)dt=}d{{f}_{\lambda }}\quad \quad \lambda =1,...\nu </math>
+:<math>\sum\limits_{i=1}^{N}{{{g}_{\lambda }}{{{\vec{a}}}_{\lambda i}}({{{\vec{r}}}_{1}},{{{\vec{r}}}_{2}},...,{{{\vec{r}}}_{N}},t)\cdot d{{{\vec{r}}}_{i}}+{{g}_{\lambda }}{{{\vec{a}}}_{\lambda 0}}({{{\vec{r}}}_{1}},{{{\vec{r}}}_{2}},...,{{{\vec{r}}}_{N}},t)dt=}d{{f}_{\lambda }}\quad \quad \lambda =1,...\nu </math>
@@ Line 128: / Line 128: @@
-<math>\begin{align}
+:<math>\begin{align}
    & {{g}_{\lambda }}{{{\vec{a}}}_{\lambda i}}={{\nabla }_{ri}}{{f}_{\lambda }} \\
   & {{g}_{\lambda }}{{{\vec{a}}}_{\lambda 0}}=\frac{\partial {{f}_{\lambda }}}{\partial t} \\
@@ Line 135: / Line 135: @@
 Dies kann man wieder so interpretieren, dass beliebige Positionen der Teilchen, also
-<math>{{\vec{r}}_{i}}(t)\quad i=1...N</math>
+:<math>{{\vec{r}}_{i}}(t)\quad i=1...N</math>
 möglich sind, also
-<math>{{\vec{r}}_{1}},{{\vec{r}}_{2}},...{{\vec{r}}_{N}}</math>
+:<math>{{\vec{r}}_{1}},{{\vec{r}}_{2}},...{{\vec{r}}_{N}}</math>
 beliebig, jedoch ist die momentane Bewegungsrichtung eingeschränkt. Man sagt auch, die lokalen Bewegungen sind eingeschränkt ( längs der Bahn
-<math>{{\vec{r}}_{i}}(t)\quad i=1...N</math>
+:<math>{{\vec{r}}_{i}}(t)\quad i=1...N</math>
 )
-<math>\sum\limits_{i=1}^{N}{{{{\vec{a}}}_{\lambda i}}({{{\vec{r}}}_{1}},{{{\vec{r}}}_{2}},...,{{{\vec{r}}}_{N}},t)\cdot {{{\vec{v}}}_{i}}+{{{\vec{a}}}_{\lambda 0}}({{{\vec{r}}}_{1}},{{{\vec{r}}}_{2}},...,{{{\vec{r}}}_{N}},t)=}0\quad \quad \lambda =1,...\nu </math>
+:<math>\sum\limits_{i=1}^{N}{{{{\vec{a}}}_{\lambda i}}({{{\vec{r}}}_{1}},{{{\vec{r}}}_{2}},...,{{{\vec{r}}}_{N}},t)\cdot {{{\vec{v}}}_{i}}+{{{\vec{a}}}_{\lambda 0}}({{{\vec{r}}}_{1}},{{{\vec{r}}}_{2}},...,{{{\vec{r}}}_{N}},t)=}0\quad \quad \lambda =1,...\nu </math>
 {{Beispiel|
 Beispiel ist das Rangieren eines Autos auf einer freien Fläche. Jeder Punkt ist erreichbar, jedoch ist
-<math>d{{\vec{r}}_{i}}(t)</math>
+:<math>d{{\vec{r}}_{i}}(t)</math>
 durch die momentane Radrichtung bestimmt}}
@@ Line 163: / Line 163: @@
-<math>{{m}_{i}}{{\ddot{\vec{r}}}_{i}}(t)={{\vec{F}}_{i}}+\sum\limits_{j}{{{{\vec{F}}}_{ij}}=:{{{\vec{X}}}_{i}}}\quad i=1...N</math>
+:<math>{{m}_{i}}{{\ddot{\vec{r}}}_{i}}(t)={{\vec{F}}_{i}}+\sum\limits_{j}{{{{\vec{F}}}_{ij}}=:{{{\vec{X}}}_{i}}}\quad i=1...N</math>
@@ Line 171: / Line 171: @@
-<math>{{f}_{\lambda }}({{\vec{r}}_{1}},{{\vec{r}}_{2}},{{\vec{r}}_{3}},...{{\vec{r}}_{N}})=0\quad \quad \lambda =1,...\nu </math> {{FB|holonome Nebenbedingungen}}
+:<math>{{f}_{\lambda }}({{\vec{r}}_{1}},{{\vec{r}}_{2}},{{\vec{r}}_{3}},...{{\vec{r}}_{N}})=0\quad \quad \lambda =1,...\nu </math> {{FB|holonome Nebenbedingungen}}
 oder
-<math>\sum\limits_{i=1}^{N}{{{{\vec{a}}}_{\lambda i}}({{{\vec{r}}}_{1}},{{{\vec{r}}}_{2}},...,{{{\vec{r}}}_{N}},t)\cdot {{{\vec{v}}}_{i}}+{{{\vec{a}}}_{\lambda 0}}({{{\vec{r}}}_{1}},{{{\vec{r}}}_{2}},...,{{{\vec{r}}}_{N}},t)=}0\quad \quad \lambda =1,...\nu </math>{{FB|anholonome Nebenbedingungen}}
+:<math>\sum\limits_{i=1}^{N}{{{{\vec{a}}}_{\lambda i}}({{{\vec{r}}}_{1}},{{{\vec{r}}}_{2}},...,{{{\vec{r}}}_{N}},t)\cdot {{{\vec{v}}}_{i}}+{{{\vec{a}}}_{\lambda 0}}({{{\vec{r}}}_{1}},{{{\vec{r}}}_{2}},...,{{{\vec{r}}}_{N}},t)=}0\quad \quad \lambda =1,...\nu </math>{{FB|anholonome Nebenbedingungen}}
 zu lösen.
@@ Line 182: / Line 182: @@
 Wir nehmen an, dass die Nebenbedingungen (Zwangsbedingungen) durch {{FB|Zwangskräfte}}
-<math>{{\vec{Z}}_{i}}</math>
+:<math>{{\vec{Z}}_{i}}</math>
 erzwungen werden.
@@ Line 188: / Line 188: @@
-<math>{{m}_{i}}{{\ddot{\vec{r}}}_{i}}(t)={{\vec{F}}_{i}}+\sum\limits_{j}{{{{\vec{F}}}_{ij}}+{{{\vec{Z}}}_{i}}=:{{{\vec{X}}}_{i}}+{{{\vec{Z}}}_{i}}}\quad i=1...N</math>
+:<math>{{m}_{i}}{{\ddot{\vec{r}}}_{i}}(t)={{\vec{F}}_{i}}+\sum\limits_{j}{{{{\vec{F}}}_{ij}}+{{{\vec{Z}}}_{i}}=:{{{\vec{X}}}_{i}}+{{{\vec{Z}}}_{i}}}\quad i=1...N</math>
 {{Beispiel|
@@ Line 198: / Line 198: @@
-<math>\begin{align}
+:<math>\begin{align}
    & \vec{Z}=mg\cos \vartheta \cdot \left( \begin{matrix}
     \sin \vartheta   \\

Zwangsbedingungen und Zwangskräfte: Difference between revisions

Revision as of 16:29, 12 September 2010

Contents

Holonome (integrable) Zwangsbedingungen

Nichtholonome Zwangsbedingungen

Zeitabhängigkeit

Zwangsbedingungen als Ungleichungen

Zwangskräfte

Bewegungsgleichungen

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