一級結(jié)構師基礎輔導:廣義坐標

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廣義坐標是不特定的坐標。描述完整系統(tǒng)(見約束)位形的獨立變量[1]。對于含有n個質(zhì)點的質(zhì)點系,在空間有3n個坐標。若這些質(zhì)點間存在k個有限約束,則約束方程可寫為:fs(x1,x2,…,x3n;t)=0(s=1,2…,k)。利用約束方程消去3n個坐標中的k個變量,剩下N=3n-k個變量是獨立的。利用變量轉(zhuǎn)換,可將這N個變量用其他任何N個獨立變量q1,q2…,qN來表示。因此,3n個x坐標可用N個q表示為xi=xi(q1,q2…,qN;t)(i=1,2…,3n)。這種相互獨立的變量稱為廣義坐標,其數(shù)目N等于完整系統(tǒng)的自由度。常用的廣義坐標有線量和角量兩種。例如,對約束在空間固定曲線上運動的質(zhì)點,可用自始點計量的路程s作廣義坐標;用細桿約束在豎直平面內(nèi)擺動的質(zhì)點,可用桿與鉛垂線的夾角θ作廣義坐標。廣義坐標對時間的導數(shù)稱廣義速度。