Варіаційні принципи теоретичної механіки

ξ1(t0)= ξ2(t0)= ξ3(t0)=0, ξ1(t1)= ξ2(t1)= ξ3(t1)=0(4)

При аналітичному визначенні уявних рухів ми здійснили малу зміну виду функцій x(f), y(t), z(t), які описують дійсний рух. Ця зміна, яка полягає в переході від функцій x(t), y(t), z(t) до нових функцій

що нескінченно мало відрізняються від старих функцій, називається варіюванням функцій x(t), y(t), z(t). Прирости функцій, що знаходяться в результаті варіювання, позначаються символом δ і називаються варіаціями функцій:

(5)

Користуючись поняттям варіації, можна стверджувати: якщо дійсний рух точки відбувається за законом x=x(t), y=y(t), z=z(t), то порівнювані з ним уявні кінематично можливі рухи відбуваються за законом

Оскільки вибір варіацій δх, δy, δz довільний, то існує нескінченна множина уявних кінематично можливих рухів точки між заданими її положеннями.

1.2. Дійсний і уявні рухи для невільної матеріальної точки.У випадку невільної матеріальної точки сформульовані вище в п.1.1. умови, які визначають клас кінематично можливих уявних рухів, слід доповнити ще однією: уявний рух точки повинен бути узгоджений з зв'язками, не повинен порушувати їх . Тому всі попередні результати справедливі і для руху невільної матеріальної точки, якщо тільки в рівняннях руху точки використано незалежні узагальнені координати, які позначимо q1, q2 (при одній ступені вільності матимемо лише одну координату q). У цьому випадку, якщо дійсний рух точки визначається незалежними координатами q1(t), q2(t) , то, аналогічно до попереднього, уявний кінематично можливий її рух буде характеризуватись функціями

Варіації координат тут дорівнюють

У випадку однієї ступені вільності уявний рух визначається однією координатою . Варіація координати дорівнює

1.3. Дійсний і уявні рухи для механічної системи.

Випадок системи не відрізняється принципово від з'ясованого вище випадку однієї матеріальної точки. Нехай дійсний рух невільної голономної механічної системи з п ступенями вільності визначається п незалежними координатами qk(t), (k=1, 2, ..., п). Уявний кінематично можливий її рух визначатиметься варійованими координатами

,(6)

де ε — нескінченно малий параметр, a ξk(t)—довільні функції. Ці функції слід вибирати так, щоб вони перетворювались в нуль на кінцях часового інтервалу (t0, t1), протягом якого розглядається рух системи. Варіації координат системи тут дорівнюють .

Отже, поряд з дійсним рухом механічної системи, який відбувається між положеннями А і В за проміжок часу (t0, t1), розглядаються нескінченно близькі до дійсного кінематично можливі (уявні) її рухи, які всі відбуваються між тими самими положеннями А та В, між якими відбувається дійсний рух і за той самий проміжок часу (t0, t1) та узгоджені з зв'язками системи.

Уявні рухи, що задовольняють ці вимоги, називатимемо можливими в розумінні Остроградського.

Доведемо тепер властивість комутативності варіювання і диференціювання, яку будемо використовувати нижче при розгляді принципу. Перепишемо (6) у вигляді , і продиференціюємо по часу:

(7)

Але за своїм змістом ліва частина цієї рівності є варіацією функції , тобто це є . Отже, з (7) знаходимо