Курс механики сплошных сред
..pdfмомент времени имеет место равенство |
|
5 (й>) = Ь р5С,у- |
0 ) |
Отсюда следует, что s — массовая плотность 5. Практически функ ция s(M, t) определяется на 3 только с точностью до аддитивной постоянной. То же можно сказать и об аддитивной функции мно жеств S(©). В дальнейшем видно, что это является следствием того факта, что в фундаментальных уравнениях s представлена только через свою субстанциональную производную, и выбор любого (про извольного) значения s некоторой частицы в фиксированный момент устраняет немедленно всякую неопределенность.
Неравенство, к которому переходим, показывает, что единица измерения энтропии (или, точнее, разности энтропий) Дж/К.
VI1.1.2. Основное неравенство термодинамики. Второе начало
термодинамики выражается |
неравенством, которое |
связывает |
суб |
|||||||
станциональную производную энтропии области © |
движущейся |
си |
||||||||
стемы, абсолютную температуру точек этой области |
и количество |
|||||||||
теплоты, |
получаемой |
областью © — оно обобщает |
неравенства |
|
(30), |
|||||
(31) и (32) из П Ш . Напомним, что в IV.3 |
предположили, что |
коли |
||||||||
чество теплоты, получаемой |
областью © |
в единицу |
времени, равно |
|||||||
|
|
S a '-d t'-S a a f |
пйа> |
|
|
|
|
|
||
где г —количество теплоты |
в единицу времени, поступающей |
в еди |
||||||||
ницу объема S извне |
(считаем его известным); |
<7—вектор |
потока |
|||||||
теплоты, |
определяющий количество |
теплоты в |
единицу |
времени |
(—q я), поступающей через поверхность 5© из других частей си
стемы S, внешних относительно © . |
|
|
что в любой |
момент |
Основное неравенство заключается в том, |
||||
t для любой области © системы имеем |
|
|
|
|
d S ^ С rdv С |
q-n |
, |
|
/оч |
|
|
|
|
<2 > |
Отсюда видно, что при фиксированных |
d»S |
из |
соотношения (2) |
следует |
Т и ^ |
априорное ограничение на количество теплоты, которое может получать область S> в единицу времени. Если в момент t температура Т равномерна, то неравен ство (2) определяет точный верхний предел количества теплоты, которое может
получать область gfr в единицу времени — этот предел равен Т ^ .
Если применить правило дифференцирования интеграла и теоре му Гаусса —Остроградского, то неравенство (2) может быть пере писано в виде
{ р 37 + div f f l — f } dv> °-
Если предположить, что подынтегральное выражение непрерыв но внутри $, то можно написать основное неравенство в «локальной» форме:
p £ + d l v ( f ) - f > ° - |
<3> |
Иногда выгодно исключить из этого неравенства величину г, используя уравнение энергии (IV.31), которое имеет вид
Р & ==<JiJD V + r
Так как Т положительно, можно переписать неравенство (3) в форме
Р {Т T t - % |
) + a ‘JD u ~ r |
• grad т |
> °- |
W |
Введение свободной удельной энергии |
|
|
||
|
ф = е—Ts |
|
|
(5) |
иногда также оказывается |
полезным и позволяет записать (4) в виде |
|||
следующего неравенства: |
|
|
|
|
р $ < |
- Р* J r - f |
•grad Т , |
(6) |
|
часто называемого неравенством Клаузиуса—Дюгема. |
Формулировка |
|||
VI 1.1.3. Задачи термодинамики сплошных |
сред. |
второго начала термодинамики позволила завершить введение поня тий и законов, управляющих термомеханическим поведением изу чаемой среды. Перед тем как приступить к подробному исследова нию среды, представляется полезным поставить задачу в общем виде.
Допустим, что имеется система, задаваемая некоторой абстракт
ной конфигурацией |
с объемным |
распределением |
массы |
р0. Знать |
||||
движение системы —это значит знать функцию |
|
|
|
|||||
|
|
|
х = Ф (a, t), |
|
|
|
|
|
которая |
полностью описывает движение частиц данной системы. Зна |
|||||||
ние функции Ф позволяет определить в любой |
момент |
скорость, |
||||||
матрицу |
градиента F и деформации. Закон сохранения |
Массы пол |
||||||
ностью определяет |
плотность (pdetF = p0). |
|
|
|
|
|||
С другой стороны, закон сохранения количества движения в при |
||||||||
менении |
к части |
области 3) вводит поле / |
внешних объемных сил |
|||||
и неизвестное поле тензоров напряжений 2. |
Кроме того, закон сох |
|||||||
ранения |
энергии |
вводит, с одной |
стороны, |
известную |
величину — |
|||
скорость |
притока |
теплоты г в единицу объема и |
с другой — новые |
неизвестные—удельную внутреннюю энергию е и поле потоков теп лоты q. И наконец, второе начало термодинамики вводит в рассмот рение две новые неизвестные величины s и Т. Итак, Получается следующий список параметров:
неизвестные величины — Ф; 2, е, q, s, Т ; заданные величины — /, г.
Шесть неизвестных величин должны быть известны в любой мо мент времени t для любой частицы и, кроме того, должны удов летворять уравнениям сохранения количества движения, сохранения энергии и неравенству энтропии. Очевидно, что для определения неизвестных нужно знать законы термомеханического поведения, в которые входят некоторые из этих неизвестных, описывающие внут
реннее поведение среды. Если с этой целью выписать основное нера
венство в виде (4) или (6), то заданные величины |
/ и г |
войдут в |
уравнения количества движения и энергетическое. |
Таким |
образом, |
совокупность законов поведения определяет допустимый термодина
мический процесс при условии, что при любом движении |
системы, |
|||||||||||
т. е. при любом Ф, выполнено неравенство |
(4). В самом деле, |
всег |
||||||||||
да можно допустить, что известные величины / |
и г , |
выражающие |
||||||||||
внешнее воздействие, можно взять такими, чтобы уравнения |
коли |
|||||||||||
чества движения и энергетическое уравнение были выполнены. |
|
за |
||||||||||
Предмет термодинамики сплошных сред—-построение |
таких |
|||||||||||
конов поведения, которые |
приводят |
к |
термодинамически |
допусти |
||||||||
мым процессам. Эти законы |
являются |
определенным |
обобщением |
|||||||||
законов, рассмотренных в главе VI для чисто механических эффек |
||||||||||||
тов, и должны удовлетворять, в частности, |
принципу независимости |
|||||||||||
от выбора системы отсчета. |
|
прежде |
всего необходимо выбрать |
пе |
||||||||
Для каждого класса сред |
||||||||||||
ременные, посредством которых можно описать |
их поведение. |
На |
||||||||||
пример, к величинам, определяющим значения |
деформаций на осно |
|||||||||||
ве тензора F, которые уже использованы в |
главе |
VI |
в случае |
|||||||||
простых |
сред, |
следует добавить в некоторых случаях |
температуру |
|||||||||
и иногда |
поле |
градиентов |
температуры. |
Если |
совокупность |
|
этих |
величин известна до момента t, то говорят, что известна предысто
рия среды до |
этого момента. Термодинамический процесс будет |
|||
описываться тогда посредством функций или |
(в более общем случае) |
|||
функционалов, |
дающих значение 2 , е%s, q |
в момент |
t через вы |
|
бранные переменные (т. е. в зависимости от |
предыстории до момен |
|||
та t). Остается теперь проверить допустимость процесса. |
||||
Эти |
законы |
в сочетании с уравнениями сохранения позволят |
||
найти |
движение (Ф) с учетом заданных внешних воздействий на сис |
|||
тему начальных и граничных условий. |
|
|
||
Приведенная выше схема, слишком общая и несколько расплыв |
||||
чатая, |
будет уточнена в последующих параграфах. |
|
||
|
|
VII.2. МЕТОД ЛОКАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ. |
|
|
|
|
ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ |
|
|
VII .2.1. Отправная гипотеза. Рассмотрим среду, |
термостатиче |
ское поведение которой полностью известно. Отсюда следует, что
любое равновесное состояние среды |
полностью определяется |
зада |
нием (п+1) параметров Хо» Xi» •••» |
Хп и что термостатические |
вели |
чины в этом состоянии, например |
удельная внутренняя энергия, |
удельная энтропия, абсолютная температура и т. д., известные
функции параметров |
%0, %и |
%п: |
|
|
|
*(Хо. Xi. |
Xn). |
«(Xо. Xi. |
Xn),T(x0,Xt, |
I n ) |
(7) |
Предположим теперь, что среда находится в движении. Аксиома локального состояния может быть сформулирована следующим обра зом.
Аксиома локального состояния. Состояние частицы в любой фи
ксированный |
момент времени |
t характеризуется (п + |
1) параметрами |
|
5Со» Xi> • ••Лш |
Для которых внутренняя удельная энергия |
еу удель |
||
ная энтропия |
s, абсолютная |
температура Т данной |
частицы будут |
|
определяться в момент t теми |
же функциями от %0, |
Хц |
%п (7), |
|
что и в термостатике. |
|
|
|
Другими словами, всякой частице можно поставить в соответст
вие в фиксированный момент |
t определенное равновесное состояние |
|||
некоторой |
термостатической |
системы, |
определяемой |
параметрами |
Хо. Xi. •••, |
Хл. и любая функция от х 0. |
Xi. •••, Хл» |
описывающая |
|
какое-либо |
термостатическое |
свойство |
сопоставляемой системы, |
описывает также в момент t соответствующее термодинамическое
свойство частицы движущейся |
среды |
|
|
|
|
|
|||||
Один из способов полного описания свойств термостатической |
|||||||||||
системы |
заключается |
в задании |
потенциала. Если, |
например, %о = s, |
|||||||
Xi» • ••» |
Хп составляют для системы |
множество нормальных |
экстен |
||||||||
сивных переменных, то функция e(sy |
Xi» . . . , |
Хл). |
выражающая |
||||||||
удельную внутреннюю энергию, является потенциалом, причем |
|
||||||||||
|
|
|
|
de = Tds + 2 |
Л/Хя* |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
Р = 1 |
|
|
|
|
|
|
гг, |
де |
/ |
v |
Л/» |
де . |
|
|
|
|
|
|
^ |
^ |
Xi» |
Хл). |
dfy |
|
|
|
|
|
|
Таким |
образом, абсолютная |
температура Т равна частной прс- |
|||||||||
изводной |
дв , |
а к)р— функция |
состояния системы. Из аксиомы |
ло |
|||||||
кального |
состояния |
следует, |
что |
эта |
функция |
e(s, |
Xi» |
. .. , |
%п) |
описывает в любой момент времени термодинамическое состояние
частицы. Ее численное значение равно удельной внутренней |
энер |
||||||||||||
гии, и соотношения (8) позволяют вычислить |
., |
абсолютную |
темпера |
||||||||||
туру Т и значения г\р как функции s, %1У |
%п. |
удельной сво |
|||||||||||
Система |
может |
быть описана |
также посредством |
||||||||||
бодной |
энергии ф = е— 7s, которая, |
если ее |
|
выразить |
через |
Т и |
|||||||
Xj, |
Хл» |
определяет |
потенциал ф(7\ Xi, |
|
Хл)- |
В |
самом |
деле, |
|||||
имеем |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
d^ = — sdT + 5 J r\pd%p, |
|
|
|
|
|
(2) |
|||
|
|
|
|
|
|
Р=1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
s = |
- ^ ( 7 \ |
х„ |
Хп). |
'Цр = ^ ( Т , |
Xi, |
“»Хл)’ |
|
|||||
|
|
|
|||||||||||
Функция |
ф позволяет рассчитать |
удельную |
энтропию |
и |
значе |
||||||||
ния х\р |
через |
функции |
7\ Хх» |
Хл- |
|
|
|
|
|
|
По формулам (9) легко установить физический смысл этой аксиомы: из нее следует, что несмотря на движение системы в целом, состояние каждой частицы можно считать с термодинамической точки зрения примерно равновесным. Ины ми словами, время перехода термостатической системы (какой является слегка возмущенная движением частица) из одного равновесного состояния в другое равновесное термостатическое состояние пренебрежимо мало по сравнению с продолжительностью кинематических и динамических процессов в среде. Таким образом, формулировка является весьма схематичной и по всей вероятности
неверной, если эволюция движущейся системы в целом очень быстрая. Выполни мость аксиомы должна исследоваться и оцениваться в зависимости от природы изучаемых движений. Но в то же время следует подчеркнуть, что выводы, ко торые можно сделать в большинстве случаев, рассматриваемых в механике сплошных сред, находятся в согласии с практикой, и этот факт подтверждает эмпирически (пусть временно) обоснованность аксиомы.
С другой стороны, очевидно, что именно в равновесии легче всего произво дить эксперименты для выявления свойств среды. Аксиома в той мере, в какой она применима, позволяет экстраполировать на случай движения определения и отношения, установленные для равновесных состояний. При построении более общих теорий, когда термодинамические свойства не совпадают с термостатичес кими, сталкиваются с весьма серьезными трудностями при экспериментальном определении термодинамических характеристик движущейся среды, которые в большинстве своем не преодолены в настоящее время.
VII.2.2. Диссипация. Полные производные от е и ф для движу щейся частицы могут быть записаны в соответствии с выражениями (8) и (9) следующим образом:
de |
d-ф |
dT |
, |
- |
|
( 10) |
|
37 тш + “> И |
s dF+ |
“ ' |
|
||||
|
|
||||||
где |
|
|
|
|
|
|
|
|
® = |
|
|
|
|
(П) |
|
|
|
V - 1 |
|
|
|
|
|
По аналогии с принятой в термостатике терминологией* |
со |
назы |
|||||
вают полученной обратимой |
удельной |
мощностью. Преимущества |
|||||
такого определения |
будут показаны ниже. Если выписать |
основное |
|||||
неравенство, отражающее второй закон термодинамики в |
одной из |
||||||
форм (4) или (6), то получим |
|
|
|
|
|
||
ip tp tj — рю)— у,q■grad Т ^ |
|
0, |
|
(12) |
|||
или полагая** |
|
|
|
|
|
|
|
ф 1 = ст,7 ^ /у - Р “ . Ф2= — jq-gradT, |
Ф, + Ф2= Ф, |
|
(13) |
||||
приходим к неравенству |
Ф > 0. |
|
|
|
|
(Н) |
|
|
|
|
|
|
|
||
По определению, |
Ф1 — собственная |
объемная диссипация, |
Ф « - |
||||
объемная тепловая |
диссипация, Ф —полная |
объемная диссипация. |
|||||
Возможна также следующая |
интерпретация. В рамках приведенного |
определения условия (3) и (2) могут быть записаны в виде ра венств***
* Как уже отмечалось, это означает, что s, Хь .... Хп образуют систему нор
мальных |
переменных. Величина Tds— подведенное |
элементарное |
количество обра |
||
тимой теплоты, а со (элементарная |
работа)— дифференциальная |
форма, не |
зави |
||
сящая от ds (ср. ПН 1.24). |
|
|
|
|
|
** |
В конце данной главы Ф имеет тот же смысл, что и в уравнениях (13), и |
||||
не совпадает с функцией Ф, использованной для |
обозначения |
переменных |
Лаг |
||
ранжа. |
|
|
|
|
|
*** |
Фактически эти равенства |
являются новой записью законов сохранения |
|||
энер!ии. |
|
|
|
|
|
В правых частях фигурируют соответственно скорость необра тимого производства объемной энтропии и скорость необратимого производства энтропии в объеме &). Эти уравнения не должны рас
сматриваться как |
законы сохранения, так как отражая некоторый |
||||||||||||
баланс, |
скорости |
необратимого |
производства энтропии |
в |
них |
не |
|||||||
являются |
заданными |
величинами. |
дополнительные законы. |
Теперь |
|||||||||
V II.2.3. Законы состояния |
и |
||||||||||||
остается |
|
показать, |
каким образом |
можно |
использовать |
полученные |
|||||||
выше результаты |
для |
определения допустимых термодинамических |
|||||||||||
процессов. |
|
|
|
|
|
. |
%п в качестве |
системы |
|||||
Для определенности выберем Т, %i» |
|||||||||||||
(п+ 1) термодинамических переменных. |
Аксиома локального |
состоя |
|||||||||||
ния дала возможность выразить через |
эти переменные функции |
ф, |
|||||||||||
s и |
е и сопряженные с %р |
переменные |
г\р: |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
Л/, = |
'М Г ’ |
Xi. |
|
Хп)- |
|
(17) |
||
ции |
Уравнения (17) называются законами состояния среды. Функ |
||||||||||||
г\р |
в |
правых |
частях не являются, |
очевидно, независимыми, так |
|||||||||
как |
они |
|
должны |
удовлетворять |
условиям интегрируемости, согласно |
||||||||
которым |
—s d r + |
п |
Ля d%p является |
полным дифференциалом, |
и |
||||||||
2 |
р= 1
некоторым неравенствам, вытекающим из свойств выпуклости функ ции ф (см. П111.7.5). Законы состояния дают интересную инфор мацию о поведении среды, но для полного описания они недоста точны.
С учетом этих законов объемная диссипация Ф может быть записана в общем виде как сумма произведений
ф = 2 |
* ау в. |
(18> |
а= I |
|
|
Принимая вновь соображения, |
высказанные в VI 1.1.3, |
будем |
считать временно, что значения %р определяются матрицей-градиен том F (или соответствующим ей тензором деформаций).
Тогда Ya представляют либо компоненты qt либо, в общем слу чае, компоненты тензора скоростей деформаций.
На уровне настоящего изложения такое утверждение может, очевидно, пока
заться |
несколько расплывчатым и бесполезным. Формула (18), в частности, должна |
||||||
рассматриваться здесь как временная рабочая гипотеза до тех пор, |
пока |
в каж |
|||||
дом |
случае не подтвердится, что Ф записывается именно в этом |
виде. |
|
||||
|
В |
отношении |
Ф2 это очевидно — компоненты q |
определяют |
три |
из |
значений |
Ка , |
а |
компоненты |
у- gradТ ^ —соответствующие |
значения Ха. В |
выражении |
рить, что правила, позволяющие формулировать дополнительные законы в соответствии с этими принципами, определяют соответст вующий ему диссипативный механизм. Таким образом, термомеха ническое поведение среды является функцией некоторого потенци ала и связанного с ним диссипативного механизма.
В последующих выражениях зависимость Х а от Y a будет выра жена явно, что позволит для упрощения записи обойтись без термо динамических переменных. При этом не следует упускать из виду, что такая, например, запись, как h (Ya)y означает зависимость h (Ya) от термодинамических переменных, рассматриваемых как параметры. Свойства, установленные для h(Ya) как функции от Yay будут предполагаться справедливыми для любой системы фиксированных
значений термодинамических переменных Т у |
•••* Хл* |
|
Полезно ввести следующие обозначения: |
Yly Y2y |
. . . , будем |
считать декартовыми координатами точки Y евклидова пространства |
||
Ет\ У —вектором этого пространства с компонентами |
Ya . |
Величины Ха можно рассматривать как составляющие вектора Х а в этом же пространстве или, иначе, координаты точки X сопря женного пространства Е*т. Тогда Ф совпадает со скалярным произ ведением X Y.
VI 1.3.2. Нормальный диссипативный механизм, а) Диссипатив ная функция 3>(Y). Если бы были известны дополнительные зако ны, то можно было бы в принципе рассчитать для частицы М не которой среды при действии на нее заданных внешних усилий зна
чение вектора X в точке М в данный |
момент t |
и, |
следовательно, |
|||||||
величину скалярного произведения Х -Y в этот же момент как |
||||||||||
функционал от |
функций |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
%р(П, Ya (('), i ' < t , |
|
|
|
|
|
|
||
определяющий предысторию частиц среды до момента t. |
параграфе, |
|||||||||
Гипотезы, которые будут выдвинуты в настоящем |
|
|||||||||
значительно |
ограничат |
универсальность |
возможных |
диссипативных |
||||||
механизмов. Прежде всего примем, что в любой |
точке |
М |
в |
любой |
||||||
момент времени t скалярное произведение X |
Y |
может |
быть |
выра |
||||||
жено в виде функции @>(Y), зависящей |
только |
от |
значений |
пере |
||||||
менных Ya и значений |
термодинамических переменных |
в |
точке М |
|||||||
в момент t. |
Если такая |
функция существует, |
ее |
называют диссипа |
||||||
тивной. Допустим, кроме того, что функция |
|
(Y) |
удовлетворяет |
|||||||
определенным |
условиям. Приведенные |
выше |
гипотезы |
могут |
быть |
объединены в следующем положении.
Существует функция |
|
2)(Y) = ® { Y ly Y 2, |
Ym) = ® ( Y a) |
скалярных переменных Уа, зависящая также от (я + 1) термодина мических параметров Т, х1У %2У .., хЛ»определенная для любого У, непрерывная, неотрицательная, выпуклая, квазиоднородная и равная нулю при У =*0. Такая функция определяет нормальный диссипа тивный механизм.
Прокомментируем и уточним приведенное выше положение.
Г* Существование 3>(Y). Прежде всего заметим, что функция 3> зависит только от переменных, описывающих «историю», и, кро ме того, от мгновенных значений этих пере менных. Функция 3>, таким образом, не зави сит от частных форм движения среды при за дании внешних воздействий и начальных ус ловий—об этом важном факте было сказано выше.
2°. Выпуклость* (Y). Выпуклость фун кции 3> означает, что если К(1) и К*2) — два каких-либо значения К, а Хг и Х2 —два поло жительных числа, равных в сумме единице, то всегда выполняется неравенство
ххз> ( г (1)) + х2з> (У{2))—в> ( ^ г (1) +
+ ЯаГ (2)) > 0. |
(19) |
Рис. 1. Надграфик функции 3) в простран стве Ет + 1 и вложенные
друг в друга в простран стве Ет выпуклые об ласти Ль
Один из |
интуитивных |
способов |
определения |
выпуклости функ |
||||
ции 3)(Y) состоит в рассмотрении |
в_пространстве Ет+1 |
(т + 1) |
||||||
измерений |
(У\, |
Y тл г) |
области |
3), определяемой неравенст |
||||
вом z —3)(Ya) ^ |
0, которую иногда |
называют |
надграфиком функ |
|||||
ции 3). Если область 3> выпуклая, |
то функция |
3> также |
выпук |
|||||
лая. Более |
того, |
предположим, что |
область 3> замкнута, |
откуда |
||||
будут вытекать некоторые |
|
свойства |
регулярности функции |
ЗУу ко |
||||
торые |
здесь |
всегда имеют |
место. Если рассечь область 3) плоскос |
|||||
тями |
z = b (6 —постоянная) |
и спроецировать их на £ от, то |
получим |
выпуклые множества Аь с размерностью ту включающие начало
координат и вложенные друг в друга |
(ДЬ1с Д Ь2, если 6Х< 62). |
||||||||||
3° 3> (У) —квазиоднородная функция. |
|
|
|
|
|
||||||
Функция 3)(Y) называется квазиоднородной, если области Д* |
|||||||||||
подобны (рис. 1). Если обозначить через |
У0 точку |
границы <ЗДХ, то |
|||||||||
уравнение Y = АУ°, |
где X — положительное число, |
определяет при |
|||||||||
переменном Y0 и при постоянном X границу |
дАь |
области |
Аь. Та |
||||||||
ким образом, если Л (К) —положительно однородная |
функция** пер |
||||||||||
вой степени от К, равная |
1 |
на |
замкнутом контуре dAlt то из этого |
||||||||
следует, что fi(Y) |
принимает |
значение X на дАь и функция |
3>(У), |
||||||||
следовательно, может быть определена по формулам |
|
|
|||||||||
S>(Y) = b(\), |
X = h(Y), |
Х>0, |
|
6(0) = 0, |
6 (1) = 1. |
(20) |
|||||
Более того, если функция 3>(Y) выпуклая, |
то |
b (X)— также |
|||||||||
выпуклая функция |
|
от X. |
В |
частности, |
Л”1^ |
) —неотрицательная |
|||||
и неубывающая функция |
X. |
Будем считать |
(если |
не оговорено |
|||||||
* Основные свойства выпуклых функций, |
которые могут понадобиться при |
||||||||||
чтении данного курса, |
описаны |
в разделе ПИ. |
Последующие |
параграфы могут, |
|||||||
однако, быть изучены без обращения к разделу |
ПП, если принять без |
доказа |
|||||||||
тельства некоторые интуитивные представления о выпуклости множеств. |
|
||||||||||
** h (Y) представляет собой |
положительно |
однородную функцию первой сте |
|||||||||
пени, если для любого |
положительного X h(XY) = Xh(Y). |
|
|
|
|
обратное), что |
она возрастает, равна нулю при Х = 0 |
и принимает |
||||||
сколь |
угодно |
большие |
значения, |
когда К бесконечно |
растет. |
Это |
||
не |
помешает исследовать важный частный случай, когда Х~гЬ(Х)=* |
|||||||
= |
1 . |
|
|
|
закон. Нормальный диссипативный механизм |
|||
|
б) Дополнительный |
|||||||
определяется выпуклой |
и квазиоднородной диссипативной функцией |
|||||||
S)(Y) |
и |
аксиомой ортогональности, уточняющей условие, которому |
||||||
должен |
удовлетворять |
любой вектор X , поставленный |
в соответст |
|||||
вие некоторому заданному (дополнительными законами) вектору Y |
||||||||
|
4° |
Аксиома ортогональности. «Любой вектор X , соответствую |
||||||
щий вектору К, ортогонален и направлен вне области |
А, граница |
|||||||
которой дД проходит через точку Y |
в этой |
фор |
||||||
|
Все |
геометрические |
понятия, |
о которых идет речь |
мулировке, относятся к пространству Ет. Напомним, что нормаль ный вектор, внешний относительно выпуклой области Аь в точке У(1)
границы области дАъ, совпадает с вектором |
N, нормальным к опор |
||||||
ной плоскости в точке Y |
и направленным |
вне области |
Аь. |
Дру |
|||
гими словами, |
|
|
|
|
|
|
|
Л Г -(К -Г (1)Х |
О |
|
|
|
|
||
для любого К, такого, что SD(Y)^b. |
этим свойством, |
образуют |
|||||
Множество векторов N, |
обладающих |
||||||
непустое выпуклое множество |
пространства |
Ет (рассматриваемого |
|||||
как векторное пространство). |
Если в окрестности точки К(1) об |
||||||
ласть Аь имеет непрерывно вращающуюся касательную |
плоскость, |
||||||
вектор N коллинеарен единичному вектору нормали, |
направлен |
||||||
ному вне Аь. |
|
следующий случай. Функция S) (Y) |
|||||
Рассмотрим прежде всего |
|||||||
непрерывно дифференцируема; |
то же можно |
сказать |
относительно |
||||
b(k) и h(Y). Вектор X тогда |
необходимо коллинеарен |
gradS) |
или |
||||
grad Л. Можно, например, |
написать |
|
|
|
|
|
А-= с grad h, Xk= c - ^ - ,
где с —скаляр.
С другой стороны, X Y должно быть равно £D(Y). Следова
тельно (так как Л —однородная |
функция первой степени), |
|
||
cY gradh = ch(Y) = cX= X |
Г «= ® (К )-= 6 (Л), |
|
||
откуда следует, что X определяется однозначно по формуле |
|
|||
|
X = ^ g r a d h. |
(21) |
||
Заметим к тому же, что |
|
|
|
|
grad |
grad h, |
Y ■grad |
= f (S>), |
(22) |
где /(S>)—функция |
S), по меньшей |
мере равная <Z>, так |
как |
Я_16 ( Я ) ^ ^ в силу выпуклости функции b(k). Следовательно, ра