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243
S2/AnaMech/VL/AnMeVL11.typ Normal file
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@@ -0,0 +1,243 @@
// Main VL template
#import "../preamble.typ": *
// Fix theorems to be shown the right way in this document
#import "@preview/ctheorems:1.1.3": *
#show: thmrules
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type: 0, // 0 normal, 1 exercise
date: datetime.today().display(),
//date: datetime(
// year: 2025,
// month: 5,
// day: 1,
//).display(),
)
= Uebersicht
E: 26.05.2025
= Wiederholung
Die Hoersaaluebung am 30.5. findet statt.
Naechste Vorlesung VL12 werden die Erhaltungssaetze in Lagrange I und II diskutiert.
Die letzten HA beinhalten nicht alle Themen der Klausur.
Es wird mehr Bonuspunkt geben.
In Lagrange I wird mehr geloest als benoetigt wird.
= Mechanische Systeme mit Zwangsbedingungen
Einmal mit N MP in 3D. Hier gibt es dann R ZB der Form
$
g_(alpha) = (arrow(x), t) = 0 , space alpha = 1, ..., R , space arrow(x) in RR^(3 N) .
$
Die BWGL in Lagrange I lauten dann
$
m_(n) dot.double(x)_(n) = F_(n) + sum_(alpha = 1)^(R) lambda_(alpha) arrow(nabla) g_(alpha) (arrow(x), t).
$
Hier sind dann noch 3N Gleichungen zu bestimmen und die R $lambda$ mit dem $arrow(x)$.
Die Zahl der unabhaengigen Koordinaten ist
$
f = 3 N - R.
$
Dieses Problem mit Zwangsbedingungen wird als ein Problem mit Nebenbedingungen bezeichnet.
= Generalisierte Koordinaten
Die Generaliserten Koordinaten haben die Form und Eigenschaft
$
q_(k), space k = 1,...f , space x_(n) = x_(n) (q, t), \
q = {q_1, q_2, ..., q_(f) }.
$
Es gilt dann fuer alle Werte von $q_(k) $ und fuer alle Zeiten
$
g_(alpha) (x(q_1, ...,q_(f) ), t) = 0.
$
#example[
Fuer einen MP auf einer Kugeloberflaeche gilt
$
x_(1) ^2 + y_(1) ^2 + z_(1) ^2 - R^2 = 0.
$
Hier gibt es dann die generaliserten Koordinaten
$
theta "und" phi.
$
]
#example[
Das Doppelpendel.
Hier ist eine Skizze des Pendels in kartesischen Koordinaten.
Wir sind in der Ebene $==>$ Es gibt 4 kartesischen Koordinaten..
Die Zwangsbedingungen sind dann
$
x_(1) ^2 + y_(1) ^2- l^2 = 0 , space abs(arrow(r_(1) ))= l_(1) \
(x_(1) - x_(2) )^2 + (y_(1) - y_(2) )^2 - l_(2) ^2 = 0 , space abs(arrow(r)_(1) - arrow(r)_(2) ) = l_(2).
$
Die Generalisierten Koordinaten sind dann die Winkel
$
phi_(1) "und" phi_(2)
$
mit den Trafos
$
x_(1) = l_(1) sin phi_(1) \
y_(1) = - l_(1) cos phi_(1) \
x_(2) = x_(1) + l_(2) sin phi_(2) \
y_(2) = - l_(1) cos phi_(1) - l_(2) cos phi_(2).
$
]
= Elimieren der Zwangskraefte
Es gibt hier $f$ BWGL fuer $q_(k) $.
Lagrange II folgt
$
dif / (dif t) (partial L) / (partial dot(q)_(k) ) - (partial L) / (partial q_(k) ) = 0 , space L = T - V.
$
Als Ansatz gilt dass die $g_(alpha) $ nicht varrieren bei Varriation von $q_k $!
Es gilt so
$
forall q_(k): (partial g_(alpha) ) / (partial q_(k) ) = 0 =>^("Kettenregel") sum_(n = 1)^(3 N) (partial g_(alpha) ) / (partial x_(n) ) (partial x_(n) ) / (partial q_(k) ) = 0 space forall k = 1, ... ,f.
$
Fixiere $q_(k) $ dann multipliziere alle 3N Gleichungen mit $(partial x_(n) ) / (partial q_(k) ) $ und dann bilde die Summe
ueber alle 3N Lagrange I Gleichungen.
Es gibt hier $f$ Moeglichkeiten $==>$ $f$ Gleichungen.
Dadurch folgt
$
sum_(n) m_(n) dot.double(x)_(n) (partial x_(n) ) / (partial q_(k) ) = sum _(n) F_(n) (partial x_(n) ) / (partial q_(k) ) + underbrace( sum _(alpha) lambda_(alpha) sum _(n) (partial g_(alpha) ) / (partial x_(n) ) (partial x_(n) ) / (partial q_(k) ), = 0).
$
So entstehen $f$ Gleichungen.
Beispiel fuer die Notation
$
h (q) &= g (r (q)) \
&= g (f (q_1 ), ..., f_(R) (q_(1) ) ).
$
= Generaliserte Geschwindigkeiten
Es gilt fuer die Geschwindigkeiten
$
dot(q)_(k) = (dif q_(k) ) / (dif t) , space k = 1, ..., f \
x_(n) = x_(n) (q,t) => ^(?) dot(x)_(n) = dot(x)_(n) (q, dot(q), t) \
dot(x)_(n) = dif / (dif t) x_(n) (q,t) = sum_(k = 1)^(f) (partial x_(n) ) / (partial q_(k) ) dot(q)_(k) + (partial x_(n) ) / (partial t)
=> (partial dot(x)_(n) ) / (partial dot(q)_(k) ) = (partial x_(n) ) / (partial q_(k) ).
$
Erinnerung 1MP
$
T = sum_(i=1)^(3) m/2 dot(x)_(i) ^2 = sum_(j, k = 1)^(3) m/2 g_(i k) dot(q)_(j) dot(q)_(k) , space g_(j k) = arrow(g)_(j) * arrow(g)_(k).
$
Hier folgt dann
$
T &= sum_(i=1)^(3 N) m_(n) /2 dot(x)_(n) ^2 = sum_(i=1)^(3 N) m_(n) /2 (sum_(i=1)^(f) (partial x_(n) ) / (partial q_(k) ) + (partial x_(n) ) / (partial t) ) (sum_(i=1)^(f) (partial x_(n) ) / (partial q_(j) ) dot(q)_(j) + (partial x_(n) ) / (partial t) ) \
&= sum_(k, j = 1)^(f) m_(k j) dot(q)_(k) dot(q)_(j) + underbrace(sum_(k)^(f) b_(k) (q,t) dot(q)_(k) + c (q,t), "nur wenn" (partial x_(n) ) / (partial t) != 0).
$
Hier steht dann insgesamt
$
sum_(k, j) sum_(n) (m_(n) /2 (partial x_(n) ) / (partial q_(k) ) (partial x_(n) ) / (partial q_(j) ) )dot(q)_(k) dot(q)_(j).
$
Ferner gilt
$
g_(alpha) (arrow(x), t)= 0 \
=> x_(n) = x_(n) (q,t).
$
= Partielle Ableitungen von der kinetischen Energie
Schreibe
$
T = sum _(n) m_(n) /2 dot(x)_(n) ^2 = T (q, dot(q), t) \
(partial T) / (partial q_(k) ) = sum _(n) m_(n) dot(x)_(n) (partial dot(x)_(n) ) / (partial q_(k) ).
$
Betrachte nun
$
(partial T) / (partial dot(q)_(k) ) = sum _(n) m_(n) dot(x)_(n) (partial dot(x)_(n) ) / (partial dot(q)_(k) ) = sum _(n) m_(n) dot(x)_(n) (partial x_(n) ) / (partial q_(k) ) \
$
Nun die totale Zeitableitung
$
dif / (dif t) (partial T) / (partial dot(q)_(k) ) = sum_n m_(n) dot.double(x)_(n) (partial x_(n) ) / (partial q_(k) ) + sum _(n) m_(n) dot(x)_(n) underbrace(dif / (dif t)(partial x_(n) ) / (partial q_(k) ), = (partial dot(x)_(n) ) / (partial q_(k) ) )
$
Der Faktor $1/2$ verschwindet hier durch die Kettenregel.
Zusammen ergibt das dann
$
dif / (dif t) (partial T) / (partial dot(q)_(k) ) - (partial T) / (partial q_(k) ) = sum _(n) m_(n) dot.double(x)_(n) + underbrace(sum _(n) m_(n) dot(x)_(n) (partial dot(x)_(n) ) / (partial q_(k) ) - sum _(n) dot(x)_(n) (partial dot(x)_(n) ) / (partial q_(k) ), = 0) \
= sum _(n) F_(n) (partial x_(n) ) / (partial q_(k) ) , space k = 1, ..., f.
$
#definition[
Generalisierte Kraefte sind gegeben durch
$
Q_(k) = sum_(i=1)^(3 N) F_(n) (partial x_(n) ) / (partial q_(k) ) \
=> dif / (dif t) (partial T) / (partial dot(q)_(k) ) - (partial T) / (partial q_(k) ) = Q_(k) , space k = 1,...,f.
$
]
Es gilt fuer konservative Kraefte mit $L = L (q, dot(q), t)$
$
F_(n) = - (partial V) / (partial x_(n) ) => Q_(k) = sum _(n) F_(n) (partial x_(n) ) / (partial q_(k) ) = - sum _(n) (partial V) / (partial x_(n) ) (partial x_(n) ) / (partial q_(k) ) = - (partial V (q, t)) / (partial q_(k) ) \
dif / (dif t) (partial (T-V)) / (partial dot(q)_(k) ) - (partial (T-V)) / (partial q_(k) ) = 0 \
=> dif / (dif t) (partial L) / (partial dot(q)_(k) ) - (partial L) / (partial q_(k) ) = 0 , space 1, ..., f.
$
Die Grundaufgabe ist herrauszufinden welche Aussagen ueber Lagrangefunktionen gemacht werden koenne.
#example[
MP auf einer rotierenden Stange.
Wir geben vor
$
arrow(omega) = omega arrow(e)_(z) \
=> phi = omega t \
f = 2 -1 = 1 \
$
Waehle generalisierte Koordinaten
$
r = r (t) \
x = x (r, t) = r cos (omega t) \
y = y (r, t) = r sin (omega t)
$
Fuer die Lagrangefunktion ergib sich
$
V &= 0 => L = T (r, dot(r), t) \
T &= m/2 (dot(x)^2 + dot(y)^2 + dot(z)^2 ) = m/2 (dot(r)^2 + omega^2 r^2 ) \
&= m/2 (dot(r)^2 + dot(phi)^2 r^2 ).
$
Dann bilde die Ableitungen
$
(partial L) / (partial dot(r)) = m dot(r) \
(partial L) / (partial r) = omega ^2 m r \
=> m dot.double(r) - omega^2 m r = 0.
$
Dadurch folgt fuer die Loesung
$
r (t) = a e ^(omega t) + b e ^(- omega t).
$
]

200
S2/AnaMech/VL/AnMeVL12.typ Normal file
View File

@@ -0,0 +1,200 @@
// Main VL template
#import "../preamble.typ": *
// Fix theorems to be shown the right way in this document
#import "@preview/ctheorems:1.1.3": *
#show: thmrules
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#show: conf.with(
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num: 12,
type: 0, // 0 normal, 1 exercise
date: datetime.today().display(),
//date: datetime(
// year: 2025,
// month: 5,
// day: 1,
//).display(),
)
E: 2.6.25
= Uebersicht
+ Ein Beispiel fuer Lagrange II
+ Erhaltungsgroessen in L I und L II
+ Symetrien u. Erhaltungsgroessen
= Lagrange Funktion
Es gilt fuer die Lagrange Funktion
$
L (q_(k) dot(q)_(k), t) = T (q_(k), dot(q)_(k) , t) - V (q_(k) , t) , space k = 1, ..., f.
$
Lagrange II
$
dif / (dif t) (partial L) / (partial dot(q)_(k) ) - (partial L) / (partial q_(k) ) = 0 , space k = 1, ..., f.
$
#example[
MP im Kegel.
Es wirkt nur die Gravitationskraft.
Hier gilt fuer die Koordinaten
$
R = 1 => f = 2 \
rho = z tan alpha.
$
Es gilt fuer eine Z.B.
$
g (x, y, z) = x ^2 + y ^2 - z ^2 tan ^2 alpha = 0 \
x = r sin alpha cos phi , space theta = alpha \
y = r sin alpha sin phi \
z = r cos alpha.
$
Dann waehle fuer die generalisierten Koordinaten
$
q = {r, phi}.
$
Das ergibt fuer die Lagrange-Funktion
$
L (x,y,z,dot(x),dot(y), dot(z)) = m/2 (dot(x)^2 + dot(y)^2 + dot(z)^2 ) - m g z \
=> L = m/2 (dot(r)^2 + r ^2 dot(phi)^2 sin ^2 alpha) - underbrace(m g cos alpha r, V (r)).
$
Hier gibt es eine zyklische Koordinate
$
(partial L) / (partial phi) = 0 => p_(phi) = (partial L) / (partial dot(phi)) = m r ^2 sin ^2 alpha dot(phi) prop L_(z)
$
#highlight[TODO: berechne Drehimpuls in Kugelkoordinaten]
]
= Erhaltungsgroessen in L I und L II
Es gilt
$
m_(n) dot.double(x)_(n) = F_(n) sum_(alpha = 1)^(R) alpha_(alpha) (partial g_(alpha) (arrow(x), t)) / (partial x_(n) ) , space n = 1, ..., 3N \
g_(alpha) (arrow(x), t) = 0 , space alpha = 1, ..., R \
=> (x_(n) , lambda_(alpha) ).
$
== Energieerhaltung
=== Lagrange I
Wir betrachten Zwangskraefte
$
g_(alpha) (arrow(x), t) = 0 \
arrow(Z)_(alpha) * d arrow(r) = 0.
$
Wir wollen Erhaltung von mit $V = V (x_(n) )$
$
E = T + V \
(dif T) / (dif t) = dif / (dif t) sum_(n) 1/2 m_(n) dot(x)_(n) ^2 = sum _(n) m_(n) dot(x)_(n) dot.double(x)_(n) \
(dif V) / (dif t) = sum _(n) (partial_(n) V)dot(x)_(n) = - sum _(n) F_(n) dot(x)_(n) , space "Konservativ" => partial_(n) V = - F_(n).
$
Nebenrechnung
$
(dif g_(alpha) ) / (dif t) = sum _(n) (partial g_(alpha) ) / (partial x_(n) ) dot(x)_(n) + (partial g_(alpha) ) / (partial t) = 0.
$
Das ergibt dann
$
dif / (dif t) (T + V) = sum _(n) sum _(alpha) lambda_(alpha) (partial g_(alpha) ) / (partial x_(n) ) dot(x)_(n) = sum _(alpha) lambda_(alpha) (- (partial g_(alpha) ) / (partial t) ) .
$
Wir erwarten die Energieerhaltung nur fuer abg. und kons. Systeme.
Falls die Zwangskraefte sich also nicht mit der Zeit aendern, dann gilt die Energieerhaltung
$
(partial g_(alpha) ) / (partial t) = 0 space forall alpha \
=> E = T + V = "const".
$
=== Lagrange II
Allgemeine Erhaltungsgroessen.
Erinnerung fuer mechanische Groessen
$
Q = Q (q, dot(q), t) \
(dif Q) / (dif t) = 0 <=> Q "erhalten".
$
Wie bekommt man im Lagrangeformalismus erhaltungsgroessen
+ Zyklische Koordinaten
$
underbrace((partial L) / (partial q_(k) ) = 0, q_(k) "zyklisch") => dif / (dif t) (partial L) / (partial dot(q)_(k) ) = 0 => p_(k) "erhalten" , space p_(k) := "gen. Impuls".
$
Die Frage nach zyklischen Koordinaten darf nur gestellt werden, wenn man schon $f$ unabhaengige Koordinaten hat.
Nun
$
(partial g_(alpha) ) / (partial t) != 0 <=>^(!) (partial x_(n) ) / (partial t) != 0 and (partial L) / (partial t) = 0 \
(dif L) / (dif t) = sum _(k) (partial L) / (partial q_(k) ) dot(q)_(k) + sum _(k) (partial L) / (partial dot(q)_(k) ) dot.double(q)_(k) + (partial L) / (partial t) \
=> dif / (dif t) (sum _(k) (partial L) / (partial dot(q)_(k) ) - L) = - (partial L) / (partial t)
$.
Betrachte als Nebenrechnung
$
dif / (dif t) sum_(i=1)^(t) (partial L) / (partial dot(q)_(i) ) dot(q)_(i) = sum _(k) dot(q)_(k) dif / (dif t) (partial L) / (partial dot(q)_(k) ) = sum _(k) dot.double(q)_(k) (partial L) / (partial dot(q)_(k) ) =^("L II") sum _(k) (dot(q)_(k) (partial L) / (partial q_(k) ) + dot.double(q)_(k) (partial L) / (partial dot(q)_(k) ) ).
$
Es gilt also
$
(partial L) / (partial t) = 0 <=> sum _(k = 1) ^(f) p_(k) dot(q)_(k) - L "erhalten"
$ <erh>
Jetzt der Fall, dass
$
(partial g_(alpha) ) / (partial t) &= 0 , space (partial L) / (partial t) = 0 \
&=> x_(n) = x_(n) (q) \
&=> T = sum _(i, i) m_(i k) (q) dot(q)_(i) dot(q)_(k) \
&=> sum_(i=1)^(f) (partial L) / (partial dot(q)_(i) ) = sum _(k) (partial T) / (partial dot(q)_(k) ) dot(q)_(k) = 2 T (q, dot(q)) \
(partial L) / (partial t) = 0 &=> V (q, t) = V (q) \
sum_(k = 1)^(f) (partial L) / (partial dot(q)_(k) ) dot(q)_(k) - L &= 2 T - (T - V) = T + V = E.
$
Nun der naechste Fall, dass
$
(partial L) / (partial t) != 0 => "keine Erhaltungsgroesse".
$
Zuletzt
$
(partial L) / (partial t) = 0 , space (partial g_(alpha) ) / (partial t) != 0 => (partial x_(n) ) / (partial t) != 0 \
=> "Erhaltungsgroesse durch" #[@erh].
$
= Beispiele
#example[
MP im Kegel.
Hier gilt fuer die Zwangsbedingung
$
(partial g_(alpha) ) / (partial t) = 0 => (partial x_(n) ) / (partial t) = 0 \
=> (partial L) / (partial t) = 0 => E = T + V.
$
]
#example[
Perle auf rotierendem Draht.
Der Draht rotiert in der Ebene mit
$
phi = omega t , space omega = "const." \
g (x, g, t) = tan ^(-1) (y/x) - omega t = phi - omega t = 0 \
=> (partial g_(alpha) ) / (partial t) != 0 .. (alpha = 1).
$
Es gilt fuer die Trafo
$
x = r cos (omega t) \
y = r sin (omega t) \
=> x_(n) = x_(n) (q, t) \
=> L = m/2 (dot(r)^2 + omega ^2 r ^2 ) , space V = 0 \
(partial L) / (partial t) = 0 => underbrace(sum _(k) p _(k) dot(q)_(k) - L, = O) "erhalten" \
O = m dot(r) dot(r) - m/2 dot(r)^2 - m/2 omega^2 r^2 = m/2 dot(r)^2 - m/2 omega^2 r^2
$
]

196
S2/AnaMech/VL/AnMeVL13.typ Normal file
View File

@@ -0,0 +1,196 @@
// Main VL template
#import "../preamble.typ": *
// Fix theorems to be shown the right way in this document
#import "@preview/ctheorems:1.1.3": *
#show: thmrules
// Main settings call
#show: conf.with(
// May add more flags here in the future
num: 13,
type: 0, // 0 normal, 1 exercise
date: datetime.today().display(),
//date: datetime(
// year: 2025,
// month: 5,
// day: 1,
//).display(),
)
= Widerholung
== Erhaltungsgroessen in Lagrange II hier also Lagrangeformalismus
Was ist die Lagrangefunktion und wie leite ich aus dieser
die Bewegungsgleichungen fuer die gen. Koordinaten ab?
Zyklische Koordinate $q_(k) :<=> $ zugehoeriger kanonischer Impuls ist erhalten.
Es gilt also
$
(partial L) / (partial q_(k) ) = 0 => p_(k) = (partial L) / (partial dot(q)_(k) ) = "const.".
$
Eine weitere Erhaltungsgroesse ist
$
(partial L) / (partial t) =0 => sum _(k) dot(q)_(k) p_(k) - L .. "erhalten".
$
Falls die Zwangsbedingungen zeitunabhaengig sind, dann ist diese Erhaltungsgroesse gleich der Gesamtenergie.
Dies bekommt eine tiefere Bedeutung im Hamiltonformalismus.
= Symetrien und Erhaltungsgroessen
Ein Kreis hat eine $2 pi$ Rotationssymetrie. Ein Quadrad hat eine 4-fache Symetrie mit $phi_(n) = n pi/2$.
Ein Dreieck hat eine 3-fache Symetrie.
== Symetrieoperationen
- Rotation mit Winkel
- Translation im Raum mit Vektor
- Wahl des Inertialsystems mit Vektor
- Zeittranslation mit der Referenz der Zeit
- (Spiegelung)
- (Skalierung)
Jedes mal wenn ich invarianz unter einer
dieser Operation ist, dann ist dies eine Erhaltungsgroesse.
Es lassen sich also so maximal 10 Erhaltungsgroessen in diesem System finden.
Diese Klasse wird dann als allgemeine Gallileitrafo bezeichnet.
== Galileitrafo in Inertialsystemen
Wir betrachten N MP mit den Ortsvektoren mit $n = 1, ..., N$
$
arrow(r)_(n) = vec(r_(n 1), r_(n 2) , r_(n 3) )_(x y z).
$
Wir bleiben dabei voellig in kartesischen Koordinaten.
Es gelten die Trafos
$
r'_(n, i) = sum_(j=1)^(3) D_(i j) r_(j) + v_("rel", i) t + a_(i) \
t' = t + t_0.
$
Wobei fuer die Drehung gilt
$
arrow(r)' = D arrow(r) \
det D = 1 , space D D^(T) = D^(T) D = E.
$
Skalarprodukte sind also invariant unter einer Drehung.
Wir nehmen uns eine Drehachse
$
arrow(n) = arrow(e)_(z).
$
Dieser Vektor $arrow(n)$ legt dann die Drehachse fest.
Es folgt fuer die Drehmatrix
$
D_(z) = mat(
cos phi, -sin phi, 0;
sin phi, cos phi, 0;
0, 0, 1;
).
$
Es gilt immer, dass die Rotationsmatrix zerlegt werden kann
$
D = D_(alpha arrow(n)_(alpha) ) D_(beta arrow(n)_(beta) ) D _(gamma arrow(n)_(gamma) ).
$
= Symetrieinvarianz der Lagrangefkt. unter SYmetrietrafo
Ellipsengleichung
$
(x^2 ) / (a^2 ) + (y^2 ) / (b^2 ) = 1.
$
#example[
Allgemeine Galileitrafos
- Inertialsystem
- kart. Koordinaten $==>$ $f = 3 N$
- Abg. Systeme $(arrow(L), arrow(p), E)$ sind 7 Erhaltungsgroessen
]
Exkurs in die Festkoerperphysik unter dem Blickwinkel der Symetrien und der Betrachtung der Phasenuebergaenge von Materie.
Das Ziel ist hier die Invarianz unter kontinuierlichen Symetrietrafo $==>$ Erhaltungsgroesse.
Die allgemeine Lagrange lautet
$
L = sum _(n) dot(arrow(r))_(n) ^2 m_(n) /2 - V (arrow(r)_(n), t ) , space m_(n = m).
$
Und in abgeschlossenen Systemen ist sie gegeben durch
$
L_(O) = sum _(n) dot(arrow(r))_(n) ^2 m_(n) /2 - 1/2 sum _(n, m) v_(n m ) (arrow(r)_(n) - arrow(r)_(m) ).
$
Betrachte die Homogenitaet der Zeit
$
arrow(r)'_(n) = arrow(r)_(n) => d arrow(r)' = d arrow(r) \
t' = t + epsilon => d t' = d t \
=> dot(arrow(r))'_(n) = arrow(r)_(n)
$
Es folgt
$
L' = L' (arrow(r)'_(n) , dot(arrow(r))'_(n), t' ) = L' (arrow(r)_(n), dot(arrow(r))_(n) , t + epsilon ).
$
Fuer eine infinitisimal kleine Symetrietrafo gilt, dass der Parameter $epsilon << 1$.
Dadurch muss bei einer Entwicklung nur die fuehrende Ordnung betrachtet werden.
Es gilt natuerlich auch, dass $L' |_(epsilon = 0) = L $.
Allgemeine Lagrangefunktion Invarianzbedingung
$
((dif L') / (dif epsilon) )(epsilon = 0) = 0 .. "fuer alle Faelle".
$
Zeittrafo der allgemeinen Lagrangefunktion
$
((dif L') / (dif epsilon) )(epsilon = 0) = ((partial L') / (partial t') (dif t') / (dif epsilon) )(epsilon = 0) = (partial L) / (partial t) * 1.
$
Fuer abgeschlossene Systeme gilt dann
$
((dif L'_(O) ) / (dif epsilon) )(epsilon = 0) = 0.
$
Allgemein gilt nur
$
((dif L') / (dif epsilon) )(epsilon = 0) = dif / (dif t) (sum _(n) dot(arrow(r))_(n) * arrow(p) - L).
$
Dann wieder fuer die abgeschlossenen
$
(partial L_(O) ) / (partial t) = 0 => sum _(n) dot(arrow(r))_(n) * arrow(p)_(n) - L = "const." = E = T + V.
$
Es gilt also: Homogenitaet der Zeit $<=> $ Gesamtenergie ist erhalten.
Dies ergibt das Paar $E <--> t_0 $.
= Homogenitaet des Raumes
Es gilt fuer die Transformation der Lagrangegleichung
$
arrow(r)'_(n) = arrow(r)_(n) + epsilon arrow(a) , space arrow(a): "fest, beliebig" \
t' = t \
dot(arrow(r))'_(n) = dot(arrow(r))_(n) \
=> L' (arrow(r)'_(n) , dot(arrow(r))'_(n) , t') = L' (arrow(r)_(n) + epsilon arrow(a), dot(arrow(r))_(n) , t).
$
Wieder betrachte fuer die allgemeine Lagrangefunktion
$
((dif L') / (dif epsilon) )(epsilon = 0) = ((partial L') / (partial arrow(r)'_(n)) (dif arrow(r)'_(n) ) / (dif epsilon) )(epsilon = 0) = sum_n (partial L) / (partial arrow(r)_(n) ) *arrow(a) = sum _(n)( dif / (dif t) (partial L) / (partial dot(arrow(r))_(n) )) * arrow(a) \
=> ((dif L') / (dif epsilon) )(epsilon = 0) = dif / (dif t) (sum _(n) p_(n) * arrow(a)) = dif / (dif t) (arrow(P) * arrow(a)) , space arrow(P): "Gesamtimpuls".
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Im abgeschlossenen System gilt
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((dif L'_(O) ) / (dif epsilon) ) = 0 => dif / (dif t) (arrow(P) * arrow(a)) = 0 => dif / (dif t) arrow(P) = 0
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wodurch im raeumlich invarianten System der Gesamtimpuls erhalten ist.
Hier gilt
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arrow(r)'_(n) - arrow(r)'_(m) = arrow(r)_(n) - arrow(r)_(m).
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=== Nebenrechnungen
Es gilt
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dif / (dif t) (a b) = (dif a) / (dif t) b + a (dif b) / (dif t) \
(partial f) / (partial arrow(r)) = arrow(nabla)_(x y z) f \
arrow(r ) = vec(x, y, z).
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Natuerlich gilt fuer die Lagrangefunktion
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(partial L) / (partial t) = 0 => sum_(i=1)^(f) p_(i) dot(q)_(i) - L .. "erhalten".
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