
- •§5. Задание движения материальной точки в криволинейных координатах
- •1º. Понятие криволинейных (обобщенных) координат точки
- •1.4. Примеры криволинейных координат
- •Цилиндрическая система координат
- •Сферическая система координат
- •2º. Задание движения материальной точки в криволинейных координатах
- •3º. Геометрические характеристики криволинейных координат
- •3.1. Координатные поверхности
- •3.2. Координатные линии
- •3.3. Координатные поверхности и координатные линии в цилиндрической системе координат
- •4º. Коэффициенты Ламе. Основная система координат. Контравариантные координаты
- •4.1. Основная система координат
- •4.2. Связь контравариантных и криволинейных координат
- •4.3. Связь контравариантных и декартовых координат
- •4.4. Матрица метрических коэффициентов основной системы
- •5º. Ортогональные криволинейные координаты и условия их ортогональности
- •6º. Линейные перемещения точки и их связь с линейными перемещениями в криволинейных координатах
- •7º. Союзная система координат и ее связь с основной. Ковариантные координаты вектора
- •7.1. Понятие ковариантных координат вектора
- •7.2. Векторы, союзные базису основной системы координат
- •§5. Задание движения материальной точки в криволинейных координатах
- •6.3. Связь линейных перемещений и
- •6.4. Связь дифференциала дуги траектории с криволинейными координатами
6.3. Связь линейных перемещений и
Вернемся к соотношению (1.5.10):
. (1.5.10)
Преобразуем его правую часть, учитывая, что из (1.5.5):
, , (1.5.5)
можем записать равенства
,
.
Подставляя их в правую часть (1.5.10):
, (1.5.10)
придем к следующему представлению линейного перемещения :
.
Сопоставляя его с (1.5.12)
, (1.5.12)
получаем искомую связь линейных перемещений по контравариантной координате с линейными перемещениями по криволинейной координате :
, .
Здесь коэффициенты Ламе вычисляются в точке .
Эта связь формулируется следующим образом.
Дифференциал контравариантной координаты равен произведению коэффициента Ламе, вычисленного в точке , на дифференциал криволинейной координаты .
6.4. Связь дифференциала дуги траектории с криволинейными координатами
При естественном способе задания движения точки ее траектория может задаваться с использованием криволинейных координат.
Параметрическое задание траектории в таком случае имеет вид
,
,
,
,
где
— дважды
непрерывно дифференцируемые на
промежутке
функции.
Для того чтобы перейти к естественному способу задания движения, требуется построить естественную параметризацию траектории.
Для
этого, как показано в §2, необходимо
определить связь длины дуги с параметром
,
являющимся внутренней переменной
заданной траектории.
Искомая
связь будет установлена, если укажем
зависимость дифференциала
длины дуги от дифференциала
внутренней переменной.
С
целью решения поставленной задачи
построим параметризацию
траектории, заданной параметрически
функциями
.
Параметризацию получим, если подставим в (1.5.1):
(1.5.1)
вместо
криволинейных координат
координатные функции
,
соответственно.
В результате придем к следующему векторному соотношению
, (1.5.13)
которое при каждом значении задает положение в пространстве точки , имеющей криволинейные координаты на заданной траектории.
А тогда можем записать
,
где
— линейное перемещение точки
по кривой
.
Из (1.5.13) находим
,
и, следовательно,
. (1.5.14)
Здесь
— метрические коэффициенты основной системы координат,
и
— коэффициенты
Ламе.
Все коэффициенты вычисляются в произвольном положении точки на заданной кривой.
Если не фиксировать траекторию точки (считать ее произвольной), то, учитывая, что линейное перемещение связано с линейными перемещениями криволинейных координат соотношением
,
получим следующее выражение для дифференциала дуги на любой траектории:
В нем следует положить
,
,
,
в том случае, когда траектория фиксирована и определяется криволинейными координатами
, , .
В результате такой замены придем к соотношению (1.5.14)
. (1.5.14)