Reja: ►Nazariy mexanika fanining tadqiqot obyektlari

Nazorat savollari
1. Adiabatik invariantlik nima ?
2. Krilov-Bogolyubov uslubini tushuntirib bering ?
3. Parametrik rezonans deganda nimani tushunasiz ?
4. Tez tebranib o’zgaruvchi maydondagi harakat haqida ayting.

18-ma’ruza: DINAMIKANING GAMILTON SHAKLI

REJA:

• 
  Gamilton funksiyasi.
  
• 
  Gamiltonning kanonik tenglamalari.
  
• 
  Gamilton tenglamalarini variatsiya prinsipi asosida keltirib chiqarish.
  

TAYANCH SO’ZLAR VA IBORALAR: dinamikaning Gamilton shakli,Gamilton funksiyasi,Gamilton tenglamalari,energiya,impuls,Lagranch tenglamalari,Lagranch funksiyasi,koordinatalar sistemasi.
Lagranch funksiyasi yordamida mexanika qonunlarini ta’rif etganda mexanik Sistema holatini uning umumlashgan koordinatalari va tezliklari orqali ifodalagan edik.Ammo bu mexanika qonunlarini ifodalashning birdan-bir yo’li hisoblanmaydi.Mexanikaning turli umumiy masalalarini tekshirishda uning holatini umumlashgan koordinatalar va impulslar orqali ifodalash ancha qulay hisoblanar ekan.Shu munosabat bilan harakat tenglamasini topish masalasi paydo bo’ladi.
O’zaro bog’liq bo’lmagan o’zgaruvchilarning biror to’plamdan ikkinchi bir to’plamiga o’tishga to’g’ri keladi.Bunday o’tishda Lagranch almashtirishidan foydalanamiz.Berilgan holda bu almashtirish quyidagidan iboratdir.
Lagranch funksiyasining to’liq differensiali,oldin ko’rganimizdek quyidagicha:
dL= d +
Agar , , ekanligini e’tiborga olsak,
dL= (1)
bo’ladi.(1) ning o’ng tomonidagi ikkinchi hadni quyidagicha yozish mumkin:
(2)
(2) tenglikni (1) ga qo’yib to’liq differensialli hadlarni bir tomonga o’tkazib yozamiz:
(3)
Differensial belgisi ostidagi had Sistema energiyasi hisoblanadi.(3) ko’ramizki,energiya Sistema umumlashgan koordinatasi va impulsi orqali ifodalangan.Bu had sistemaning Gamilton funksiyasi deyiladi:
H(q,p,t)= (4)
u holda (3) quyidagi ko’rinishni oladi:
dH=- (5)
bu tenglikda o’zaro bog’liq bo’lmagan o’zgaruvchilar bo’lib koordinata va impuls hisoblanadi va undan quyidagi tenglamalar kelib chiqadi:
, (6)
Bu tenglamalar q,p o’zgaruvchilar orqali ifodalangan, biz izlayotgan tenglamalar hisoblanadi va ular Gamilton tenglamalari deb ataladi. Agar Lagranch tenglamalari sistemasi erkinlik darajasi sonidagi S-ta ikkinchi tartibli differensial tenglamalar hisoblansa, Gamilton tenglamalari 2S ta birinchi tartibli differensial tenglamalar hisoblanadi.Gamilton tenglamalari sodda va simmetrik ko’rinishda bo’lganligi uchun ularni kanonik tenglamalar deb ham yuritishadi.
Gamilton funksiyasidan vaqt bo’yicha to’liq differensial olamiz:
(7)
Agar (7) dagi va o’rniga (6) ni qo’ysak, (7) ning o’rniga o’ng tomondagi ikkinchi va uchinchi hadlar o’zaro qisqarishadi va

tenglikni olamiz. Bunda agar Gamilton funksiyasi vaqtning oshkor funksiyasi bo’lmasa
bo’lishligini va natijada Sistema energiyasining saqlanishligini ko’ramiz.
Bir dinamik o’zgaruvchilardan boshqa dinamik o’zgaruvchilarga o’tish.
Faraz qilaylikki, Sistema holatini q, yoki q,p ikki o’zgaruvchilar bilan birgalikda biror parametr ham ifodalansin. U holda Lagranch va Gamilton funksiyalarining to’liq differensiallari quyidagicha bo’ladi: (1) va (5) munosabatlar quyidagicha ko’rinishni oladi:
dL=
dH=-
bulardan

tenglikning mavjud bo’lishligini ko’ramiz. Bu hosilalar indekslari differensial amalining bir bor q,p lar doimiy bo’lganda, ikkinchi bor q, doimiy bo’lganda olinganligini ko’rsatadi. Agar ℷ=t bo’lsa,

bog’lanishni olamiz.
Agar S-erkinlik darajasiga ega bo’lgan Sistema uchun koordinatalarda diagramma tuzsak, 2S o’lchamli fazo hosil bo’ladi. Bu fazoning koordinatalari bo’lib p va q lar hisoblanadi.Bu fazoning har bir nuqtasi sistemaning aniq bir holatiga mos keladi.Odatda bunday fazo fazali fazo deyiladi.Sistema holatining vaqt bo’yicha o’zgarishi biror egrilik bilan ifodalanadi va bu egrilik fazalik trayektoriya deyiladi.
Fazali trayektoriyaning berilishi sistemaning mumkin bo’lgan harakati to’g’risida bir qancha xulosalar beradi. Faraz qilaylikki, Sistema Lagranch funksiyasi
L=T-U(x)=
ko’rinishga ega bo’lsin.U holda Gamilton funksiyasi
H=
ko’rinishda yoziladi. Bu holda (7) tenglamalarning maxsus nuqtalari bo’lib,

bajariladigan nuqtalar bo’lib hisoblanadi. Bu tenglamaning birinchisi r=0 bo’lganda bajarilsa, ikkinchisi bu maxsus nuqtada potensial energiyaning ekstremal qiymati mavjudligini ko’rsatadi. Agar bu ekstremum minimumdan iborat bo’lsa, (0, ) nuqta atrofida Gamilton funksiyasi
H(p,x)=E=
ko’rinishda bo’ladi. Haqiqatan ( bo’ladi, potensial energiya minimumga ega bo’ladi.
Energiya saqlanganligi uchun fazali trayektoriya bo’lib doimiy energiyani ifodalovchi markazi maxsus (0, ) nuqtada bo’lgan ellips chiziqlari bo’lib hisoblanadi.
Agar potensial energiya ekstremumi maksimum bo’lsa,
H(p,x)=E=
fazali trayektoriya bo’lib markazi (0, ) maxsus nuqtada bo’lgan giperbolalardan iborat bo’ladi (egrilikdagi strelkalar fazali trayektoriya bo’ylab nuqta harakatining yo’nalishlarini ifodalaydi).
Endi biz esda saqlash uchun turli koordinata sistemalarida Lagranch va Gamilton funksiyalarining ko’rinishini yozamiz.
Umumiy holda
L=T(q, )-U(q)
H=T(q,p)+U(q)
Dekart koordinatalarida
L=
H=
Silindrik koordinatalar sistemasida
L= -U
H= +U(r,
Sferik koordinatalar sistemasida
L=
H=

19-ma’ruza: KANONIK ALMASHTIRISHLAR

REJA:

1. 
   Kanonik almashtirishda Gamilton tenglamasi.
   
2. 
   O’zgaruvchi funksiyaga almashtirish.
   
3. 
   Yangi kanonik almashtirish formulasi.
   

TAYANCH SO’Z VA IBORALAR; Umumlashgan koordinatalar , fazo, Lagranj tenglamalari ,funksiy, Gamilton tenglamalari, Kanonik almashtirishlar .

Umumlashgan koordinatalarni tanlab olish biror shart bilan chegaralangan

bo’lmaydi –istalgan S ta koordinatalar sistemaning fazodagi holatini bir qiymatli
ravishda aniqlab beradi.
=0, (i=1,2,…….,S)
Lagranj tenglamalari bunday tanlab olishga bog’liq bo’lmaydi, shumimg uchun bu
tenglamalar koordinatalarda istalgan o’zaro bog’liq bo’lmagan koordinatalarga o’tishga nisbatan invariant bo’ladi. Yangi Q
koordinatalar yeski q koordinatalar funksiyasi hisoblanadi. Faraz qilaylikki, Q
koordinatalar, shuningdek vaqtning ham funksiyasi hisoblansin, ya’ni
(1)
Lagranj tenglamalari kabi Gamilton tenglamalari ham bu almashtirishlarga
nisbatan o’z ko’rinishlarini o’zgartirmaydi, endi bu yerda (1) almashtirishlarga
o’zaro bog’liq bo’lmagan R o’zgaruvchilarni ham kiritish lozim bo’ladi:

(2)
Shuni aytish kerakki , (2) almashtirishi ixtiyoriy ko’rinishida harakat
tenglamalarining o’z ko’rinishini o’zgartirmay qolaveradi. O’z ko’rinishlarini
saqlab qolishi uchun
, (3)
tengliklarning bajarilishi lozim bo’ladi. Bu yerda Gamiltonning biror
yangi funksiyasi . (3) almashtirishlar kanonik almashtirish deyiladi . Mumkin
bo’lgan (3) almashtirishlardan (4) kanonik almashtirishlarni keltirib chiqarish
uchun variasiyasiga murojaat qilamiz. Bu prinsipga ko’ra Lagranj tenglamalari
kabi Gamilton tenglamalari ham kelib chiqadi. Buning uchun

Sharti bajarilgani kabi , yangi o’zgaruvchilar lar uchun ham

Shartning bajarilmog’i zarur hisoblanadi. Bu ikki shart shu paytda ekvivalent
bo’ladiki, agar integral ostidagi ifodalar bir-biridan biror ixtiyoriy F funksiyaning
to’liq differensialiga farq qilsa, ya’ni
dt+Df (5)
Bu yerdagi F funksiya almashtirishning hosilaviy funksiyasi deyiladi. (5) ni
quyidagicha yozamiz
dF= (6)
Bundan biz F funksiyani F=F(q,Q,t) deb topamiz:
(7)
F funksiyaning berilgan qiymatida (7) formulalar yeski (p,q) va yangi (P,Q)
o’zgaruvchilar o’rtasida , shuningdek Gamilton funksiyalari o’rtasida bog’lanishni
ifodalaydi.
Ayrim hollarda hosilaviy funksiyani o’zgaruvchilarda ifodalash qulay
bo’lishi mumkin. Buning uchun (6) hadni boshqacha qilib yozamiz:

Va (6) ni qayta yozamiz:
d(F+
Yangi

Hosilaviy funksiya kiritib ,

funksiyalar kiritish yordamida yangidan yangi kanonik almashtirishlar olish

mumkin.
Kanonik almashtirishlarga oid misol tariqasida garmonik ossillyatorni
qaraymiz.
Ossillyator uchun (m=1)
L= , q=x, p= =
Yangi impuls va koordinata kiritaylik:
P=i =i ; Q=A= (8)
P,Q dan tashkil topgan Puasson qavsini hisoblaylik:
(P,Q)=i(
=(i
=i(
Demak,
( )=-i, (Q,P)=1
bajariladi va (8) almashtirishlar kanonik almashtirishlar bo’ladi.
Yangi o’zgaruvchilarda
PA=1 =i
=
Bundan,
H=
Harakat tenglamalari lar uchun quyidagicha yoziladi:
A
Bu tenglamalar yechimi =(
=(
Bu tenglamalar yechimi =(
A=a = (9)
hisoblanadi.
Gamilton funksiyasi vaqtga oshkor bog’liq bo’lmagani uchun
bo’ladi va energiya saqlanuvchan bo’ladi.
H= =
(9) yechimda a, larni A, orqali ifodalash ham mumkin:
a= =
U holda lar uchun Puasson qavsi
( (
Ya’ni ( ,a) ning qiymati ( ning qiymati kabi bo’ladi. Lekin larning vaqt bo’yicha o’zgarishi A, larning o’zgarishidan farq qiladi. Haqiqatdan ham

=-i +i

Nazorat savollari

1. 
   Kanonik almashtirishda Gaminton tenglamasini yozing.
   

(umumlashgan koordinata, Lagranj tenglamasi , Gamilton
tenglamasi , almashtirish , yangi o’zgaruvchilar).

2. 
   O’zgaruvchi funksiyaga almashtirish ifodasini ko’rsating.
   

(hosilaviy funksiya, kanonik almashtirish, garmonik almashtirish,
Garmonik ossillyator ).

3. 
   Yangi kanonik almashtirish formulasini yozing. (yangi kanonik
   

almashtirish Gamilton funksiyasi , Puasson qavsi).