经典力学力的基本假设只有:原理,写出拉格朗日量带入拉格朗日方程即可。
对于静力学问题也是一样,举一个非常常见的例子。
一根筷子静止的放到半径为的半球形的碗内,筷子在碗内长度为,求筷子总长。
筷子与水平面夹角为,那么体系的拉格朗日量为:
,
带入E-L方程,得:,
所以:。
理论上讲,静力学问题无非是动能时的一种特殊情况,我们只要写出拉格朗日量,然后带入E-L方程就OK了。那么,虚功原理到底是什么呢?
当我们在用虚功原理处理力学问题的时候,实际上就是在进行动能为零时的E-L方程的推导。
,其中,,且不显含,
所以:,这样就可看出虚功原理的样子了,是广义力。
,此时等价于:。
最后,注意:虚功原理仅仅可以处理静力学问题,而E-L方程更加广泛的可以处理任何力学问题。用虚功原理计算时,我们实际上把该体系时的E-L方程推导了一遍。虚功原理从一开始对物理量的变分出发解决问题;E-L方程则是直接用变分法的结论去解决问题。
物理概念,在分析静力学中为重要的原理性概念,虚功原理又称虚位移原理。虚位移上做的功称为虚功。下面在继续介绍什么被称为虚位移:虚位移指的是弹性体(或结构系)的附加的满足条件及连续条件的无限小可能位移。所谓虚位移的”虚”字表示它可以与真实的受力结构的变形而产生的真实位移无关,而可能由于其它原因(如温度变化,或其它外力系,或是其它干扰)造成的满足位移约束、连续条件的几何可能位移。对于虚位移要求是微小位移,即要求在产生虚位移过程中不改变原受力平衡体的力的作用方向与大小,亦即受力平衡体平衡状态不因产生虚位移而改变。对应的实功(物理中并不明确指出这个概念),就是合力对应实际位移。简单说,虚功是分析力学概念,实际上没有位移。实功对应有位移情况。 若还有不清楚的,就需要举例说明了。追问吧。举个简单的例子,还是很好懂的。
应用条件 (1)力系在变形过程中始终保持平衡; (2)变形是连续的,不出现搭接和裂缝; (3)虚功原理既适合于变形体,也适合于刚体。 虚功原理阐明,对于一个静态平衡的系统,所有外力的作用,经过虚位移,所作的虚功,总和等于零。考虑一个由一群粒子组成,呈静态平衡的系统。作用于任何一个粒子 Pi 的净力等于零。 作用于任何一个粒子 Pi 的净力,经过虚位移 ,所作的虚功为零。因此,所有虚功的总和也是零。 分析到这里,请特别注意,对于任意位移,虚功总和方程式都是正确的。 将净力细分为外力 与约束力。 如果,一切约束力,因为虚位移,所作的虚功总合是零。则约束力项目可以从方程式中移去。现在, 很可能不等于零。实际上,应该认为它不等于零。