Transcript Lesson5.ppt
בס"ד מכניקה קלאסית – תרגול מס' 5 משפט Noether ויישומיו סמסטר א' תשס"ד תרגול – 5משפט נתר ויישומיו 1 משפט נתר . דרגות חופשN עםL q , q , t נתון לנו לגרנז'יאן L pk q k תנע מוכלל הינו Qk qk j s j t ; Q k qk j s j t " נגדיר קואורדינטות "מוזזות L Q , Q , t L q , q , t O 2 :באופן שיתקיים N d Qk I j pk dj k 1 const j 1 M N : אזי all 0 : עבור קואורדינטה ציקלית, בפרט L 0 Qk qk ; Q k q k qk 2 – משפט נתר ויישומיו5 תרגול pk const סמסטר א' תשס"ד בעיה דו-חלקיקית עם פוטנציאל מרכזי הבעיה :ישנם שני חלקיקים במרחב תלת-מימדי ) .(N=6האינטראקציה ביניהם מתוארת ע"י פוטנציאל מרכזי .הלגרנז'יאן אינווריאנטי לסיבובים מסביב לציר .Zיש לנסח את שמורת התנועה המתאימה לסיבובים אלו. ראשית ,נכתוב את הלגרנז'יאן הדו-חלקיקי הכללי (ללא כוחות חיצוניים): 2 1 2 1 L m1 r1 m 2 r2 V r1 r2 2 2 הלגרנז'יאן אינו תלוי ב r1-וב r1-בנפרד אלא בהפרש ביניהם ,לכן הזזה מהצורה ri ri aלא תשנה אותו .ע"פ משפט נתר ,התנע של מרכז המסה נשמר: I 1 p1 p2 m1 r1 m 2 r2 m1 m 2 RCM M CM RCM const m2 m1 r1 RCM r ; r2 RCM נסמן r r1 r2 :ונקבלr : m1 m 2 m1 m 2 סמסטר א' תשס"ד תרגול – 5משפט נתר ויישומיו 3 בעיה דו-חלקיקית -סיום 2 1 1 2 נכתוב כעת את הלגרנז'יאן מחדשL M CM RCM r V r : 2 2 m1 m 2 פוטנציאל אנרגיה גורם קבוע ,ניתן מרכזי של m1 m 2 של קינטית למחוק חלקיק יחיד יחיד חלקיק כך צמצמנו את מספר דרגות החופש מ 6-ל 3-וקיבלנו לגרנז'יאן של חלקיק יחיד בעל מסה מצומצמת . לסיבובים סביב ציר Zסימטריה גלילית .הלגרנז'יאן בקואורדינטות גליליות: 1 L r 2 r 2 2 z 2 V r ( ו z-הינן קואורדינטות ציקליות) 2 ' L' L I 2 p z r 2 const L' L I 3 pz m z const סמסטר א' תשס"ד תרגול – 5משפט נתר ויישומיו z' z 4 טרנספורמציית גלילאו נתון לגרנז'יאן אינווריאנטי תחת טרנספורמציית גלילאוr R r V t : המעבירה למערכת צירים הנעה במהירות .Vיש למצוא את הגודל השמור שלו. יש כאן 3דרגות חופש והזזה בפרמטר אחד ,לכן m R i Vi t m t R V const i 0 L Ri R i I i ˆ V̂ const R R R R ̂V R ̂V R מכאן . נסמן : R V R|| V || || t t t0 השימור מביא לפתרון R|| t v||,0 ; R|| t R||,0 v||,0 t 0 ln t t0 1 2 L m R U R,t 2 סמסטר א' תשס"ד תרגול – 5משפט נתר ויישומיו 5 תנועת חלקיק בשדה מגנטי אחיד הלגרנז'יאן של חלקיק בשדה אלקטרומגנטי הינו 1 e 2 L mv e v A 2 c (הפוטנציאל תלוי מפורשות במהירות) 1A E כשהקשר בין הפוטנציאלים לשדות הוא ; B A c t e mr eE vB c משוואות אוילר-לגרנז' נותנות את כוח לורנץ: e התנע המוכלל יהיה p m r A c חשמלי ) (Ф = 0והשדה המגנטי אחיד 1 נניח כעת כי אין שדה A Br 2 1 נניח ללא הגבלת הכלליות .B B0 ẑ :אזי A B0 y x̂ x ŷ 2 e B0 1 2 והלגרנז'יאן יהיה x y y x L mv 2c סמסטר א' תשס"ד תרגול – 5משפט נתר ויישומיו 2 6 תנועה בשדה מגנטי אחיד -המשך לבעיה סימטריה גלילית ויש לעבור לקואורדינטות גליליות e B0 2 1 2 2 2 2 L m r r z r 2 2c ו z-הינן קואורדינטות ציקליות ,לכן z e B0 2 e B0 L 2 p m r r z const 2 2c mr 2mc pz m z const תדירות לרמור למעשה ,מסלול החלקיק בשדה מגנטי קבוע יהיה מעגלי (אם המהירות ההתחלתית ניצבת לשדה) או בורגי (אם יש לה גם רכיב מקבילי). סמסטר א' תשס"ד תרגול – 5משפט נתר ויישומיו 7