- •8 Приложения. Элементы векторной и тензорной алгебры
- •1.1 Задачи курса «Механика сплошных сред»
- •1.2 Предмет механики сплошной среды
- •1.3 Методы механики сплошной среды
- •1.4 Основные принципы механики сплошной среды
- •1.5 Элементарный объем
- •1.6 Переменные Лагранжа и Эйлера
- •1.7 Движение и равновесие сплошной среды
- •2 Статика сплошной среды
- •2.1 Напряжение в точке
- •2.2 Напряженное состояние в точке
- •2.3 Соотношения Коши и компоненты напряженного
- •2.4 Тензор напряжений
- •2.5 Доказательство тензорности напряженного состояния*
- •2.6 Условия симметричности тензора напряжений
- •2.7 Доказательство равенства парных касательных
- •2.8 Общий случай напряженного состояния*
- •2.9 Главные напряжения
- •2.10 Нормальные и касательные напряжения
- •2.11 Максимальные касательные напряжения
- •2.12 Шаровой тензор и девиатор напряжений
- •2.13 Изображение напряженного состояния в точке
- •2.14 Октаэдрические напряжения и интенсивности
- •2.15 Уравнения равновесия
- •2.16 Уравнения равновесия в недекартовых системах
- •2.17 Уравнения равновесия в общем случае *
- •2.18 Краевая задача статики сплошной среды
- •3 Кинематика сплошной среды
- •3.2 Абсолютная и относительная деформация
- •3.3 Поле относительных смещений
- •3.4 Составляющие движения сплошной среды
- •3.5 Тензор малых деформаций
- •3.6 Геометрический смысл компонент тензора малых
- •3.7 Тензоры конечных деформаций
- •3.8 Общий случай малых деформаций *
- •3.9 Анализ деформированного состояния в точке
- •3.10 Инварианты тензора малых деформаций
- •3.11 Главные деформации
- •3.12 Максимальные угловые деформации
- •3.13 Октаэдрические деформации и интенсивности
- •3.14 Условия совместности деформаций
- •3.15 Определение перемещений по деформациям*
- •3.16 Поле скоростей
- •3.17 Первая теорема Гельмгольца
- •3.18 Тензор скоростей деформаций
- •3.19 Свойства тензора скоростей деформаций
- •3.20 Вторая теорема Гельмгольца*
- •4 Элементы термодинамики сплошных сред
- •4.1 Термодинамические системы и параметры состояния
- •4.2 Законы сохранения
- •4.3 Теоремы э. Нётер и свойства симметрии
- •4.4 Закон сохранения массы и уравнение неразрывности
- •4.5 Вывод уравнения неразрывности*
- •4.6 Теорема «живых сил»
- •4.7 Первое начало термодинамики
- •4.8 Уравнение теплопроводности
- •5 Основы теории упругости
- •5.1 Предмет теории упругости
- •5.2 Обобщенный закон Гука
- •5.3 Упругое изменение объема и формы
- •5.4 Потенциальная энергия упругого деформирования
- •5.5 Постановка задач в теории упругости
- •5.6 Решение задач теории упругости в перемещениях
- •5.7 Решения задач теории упругости в напряжениях
- •5.8 Плоское напряженное состояние*
- •5.9 Плоское деформированное состояние*
- •5.10 Плоская задача в моментной теории упругости *
- •5.11 Функция напряжений*
- •5.12 Способы решения задач теории упругости*
- •6 Основы теории пластичности
- •6.1 Предмет теории пластичности
- •6.2 Переход в пластическое состояние при растяжении
- •6.3 Условия пластичности
- •6.6 Экспериментальная проверка условий
- •6.7 Теории пластичности
- •6.8 Теория пластического течения
- •6.10 Постулат Друкера и ассоциированный закон
- •6.11 Области применимости различных теорий пластичности
- •6.12 Экстремальные принципы пластического
- •7 Применение теории пластичности в омд
- •7.1 Постановка задач при расчетах процессов омд
- •7.2 Математический аппарат и краевые условия при омд
- •7.3 Способы решения задач теории пластичности
- •1.Численные методы;
- •2.Прямые методы получения решений на основе экстремальных принципов мсс;
- •3.Уменьшения числа независимых переменных и искомых функций.
- •7.4 Частные виды напряженно-деформированных
- •1. Толщина пластины значительно меньше остальных размеров;
- •2. Деформирующие усилия приложены в срединной плоскости пластины.
- •7.5 Особенности плоского деформированного состояния
- •7.6 Осесимметричное деформированное состояние
- •7.7 Метод линий скольжения
- •7.8. Свойства линий скольжения
- •7.9 Простые сетки линий скольжения
- •7.10 Статические граничные условия в млс
- •7.11 Задача о внедрении штампа в полупространство
- •7.12 Основные краевые задачи в млс*
- •7.13 Определение поля скоростей в млс*
- •7.14 Полные решения задач плоской деформации
- •Пластичности в омд”
- •8. Приложения. Элементы векторной и тензорной алгебры и анализа
- •8.1 Скаляры и векторы
- •8.2 Векторный базис
- •8.3 Сложение и умножение векторов
- •8.4 Тензоры 2-го ранга
- •8.5 Преобразование компонент тензора
- •8.6 Сложение и умножение тензоров
- •8.7 Симметрирование и альтернирование тензоров
- •8.8 Умножение тензора на вектор
- •8.9 Главные оси тензора
- •8.10 Определение величины и направления главных компонент тензора
- •8.12 Поверхности уровня и градиент скалярного поля
- •8.13 Векторное поле и векторные линии
- •8.14 Поток и дивергенция векторного поля
- •Теорема Остроградского–Гаусса:
- •8.15 Циркуляция и ротор векторного поля
- •8.16 Оператор («набла»)
- •8.17 Дифференциальные операции 2-го порядка
- •8.18 Потенциальные векторные поля
- •8.20 Гармонические векторные поля
- •8.21 Основная теорема векторного анализа
- •8.22 Производная и градиент векторного поля
- •8.23 Поток тензорного поля
- •8.24 Дивергенция тензорного поля
- •8.25 Производная тензорного поля по направлению
- •Предметный указатель
- •Перечень ссылок
4.3 Теоремы э. Нётер и свойства симметрии
В 1918 г. Э. Нётер опубликовала работу, в которой развит общий метод получения инвариантов любой физической теории, если ее закономерности описываются вариационными уравнениями Лагранжа или Гамильтона. Следствием из этой теоремы является то, что каждому свойству симметрии пространства и времени должен соответствовать определенный закон сохранения.
Симметрия хорошо известна из повседневного опыта – в делении на правое и левое, отрицательное и положительное, в определенном чередовании атомов в кристаллических решетках и т.д. Симметрия встречается во всех явлениях, как в живой, так и в неживой природе. Понятие симметрии распространяется на пространство и время, на отдельные тела и физические процессы. Некоторые виды симметрии существуют и в физических законах.
Простейшие представления о симметрии известны с древнейших времен. Однако только во 2-й половине XIX века был создан математический аппарат для изучения симметрии – теория групп. Понятие «симметрия» также претерпело значительную эволюцию. Если ранее оно означало «соразмерность» и относилось только к телам, то сейчас под симметрией понимается следующее:
Если после определенных операций над объектом (например, поворотов, сдвигов, отражений и т.п.) он будет выглядеть так же, как и до операций, то данный объект считаем симметричным относительно этих операций.
Распространение понятия симметрии с геометрии на физику привело к возникновению т.н. динамических принципов инвариантности, которые отвечают на вопрос: «Что можно сделать с физическим явлением, чтобы получился тот же самый результат» (например, перейти из одной системы отсчета в другую).
Для классической физики основополагающее значение имеют симметрии пространства и времени. Симметрия пространства выража-ется в его однородности и изотропности.
Однородность пространства – отсутствие в нем выделенных точек, обладающих свойствами, отличными от свойств остальных точек. Поэтому перемещение физической системы из одной точки в другую само по себе не вызывает изменения ее состояния.
Изотропность пространства – отсутствие в нем выделенных направлений, вследствие чего повороты в пространстве не вызывают изменений в состоянии физической системы.
Симметрия времени состоит в его однородности:
Однородность времени – равноправие всех моментов времени, отсутствие абсолютных «начал» и «концов» физических процессов.
Вследствие этого время само по себе не меняет состояние физической системы (ничто не «стареет»).
Из 1-й теоремы Нётер следует, что каждому из преобразований указанных симметрий соответствует свой закон сохранения. Инвариантности функции Лагранжа относительно смещений начала системы отсчета (однородности пространства) соответствует закон сохранения импульса; инвариантности относительно пространственных поворотов (изотропности пространства) соответствует закон сохранения момента импульса, а инвариантности относительно смещений начала времени (однородности времени) соответствует закон сохранения энергии. Последнее означает, что течение времени само по себе не может вызвать изменений замкнутой физической системы. Изменения могут произойти только в результате затрат определенного количества энергии.
Из сказанного становится ясным, почему в механике существует две меры движения: скалярная (кинетическая энергия) и векторная – импульс. Они соответствуют однородности одномерного времени и од-нородности 3-х мерного пространства.
В общем случае 1-я теорема Нётер приводит к заключению, что для любой замкнутой физической системы должно существовать 10 сохраняющихся величин: 3 компоненты импульса, 6 компонент момен-та импульса и 1 компонента энергии.