Universitas · 8 menit · Dinamika Rotasi & Benda Tegar
Aksi, Lagrangian, dan simetri
Mekanika analitik memilih koordinat yang sesuai kendala, sehingga kita tidak harus menghitung semua gaya kontak satu per satu.
Yang akan kamu pelajari
- Mekanika analitik
- Fisika matematis
Pahami konsepnya
Untuk sistem konservatif sederhana, L=T−V dan aksi S=∫L dt. Lintasan fisik membuat variasi pertama aksi nol dengan titik ujung tetap; ini bukan selalu minimum mutlak. Persamaan Euler–Lagrange: d/dt(∂L/∂q̇ᵢ)−∂L/∂qᵢ=0.
Koordinat umum q bisa sudut bandul, bukan hanya x,y,z. Momentum kanonik pᵢ=∂L/∂q̇ᵢ. Koordinat yang tidak muncul eksplisit dalam L memiliki momentum kanonik kekal.
Analisis lanjut
Integrasi parsial δS memisahkan suku batas yang nol karena δq pada ujung nol; koefisien δq yang arbitrer menghasilkan Euler–Lagrange. Hamiltonian H=Σpᵢq̇ᵢ−L memberi persamaan Hamilton bila transformasi Legendre reguler. Simetri kontinu berkaitan dengan muatan kekal melalui Noether; translasi waktu memberi energi dengan syarat yang sesuai.
Hamiltonian tidak otomatis sama energi mekanik untuk semua koordinat bergantung waktu.
Pendalaman: Variasi aksi dan suku batas
Tuliskan variasi lintasan q→q+εδq dengan δq(t₁)=δq(t₂)=0. Turunan aksi terhadap ε pada ε=0 memberi δS=∫[(∂L/∂q)δq+(∂L/∂q̇)δq̇]dt. Integrasi parsial suku kedua menghasilkan [pδq]t₁t₂−∫(dp/dt)δq dt.
Suku batas nol. Karena δq di interior arbitrer, ∂L/∂q−dp/dt=0. Untuk koordinat siklik, ∂L/∂q=0 sehingga p kekal.
Jika kendala nonholonomik atau gaya disipatif hadir, formulasi sederhana ini perlu perluasan; menambah gaya gesek ke V tidak selalu sah.
Contoh terurai
Osilator: L=m ẋ²/2−kx²/2. Turunan ∂L/∂ẋ=m ẋ dan ∂L/∂x=−kx memberi m ẍ+kx=0. Bandul: L=mℓ²θ̇²/2−mgℓ(1−cosθ), sehingga θ̈+(g/ℓ)sinθ=0; sudut kecil memberi osilator harmonik.
Coba, amati, jelaskan
Turunkan persamaan bandul tanpa mengganti sinθ dengan θ terlebih dahulu. Sesudah itu identifikasi langkah yang memasukkan pendekatan sudut kecil dan rentang gunanya.
Cek pemahaman
Jika L tidak bergantung eksplisit pada q, apa yang kekal?
- Momentum kanonik yang berpasangan dengan q
- Semua kecepatan selalu nol
- q selalu konstan
Jawab dan baca pembahasannya di aplikasi.
Sumber & bacaan lanjutan
ocw.mit.edu · Rujukan Aksi, Lagrangian, dan simetri