Построить вращательный гамильтониан на основе лагранжиана общего вида

Мне сказали, что можно построить вращательный гамильтониан на основе лагранжиана общего вида: л "=" л ( Ом ) . Введя углы Эйлера, можно было бы переписать лагранжиан в терминах углов Эйлера и их производных: л "=" л ( е , е ˙ ) . Угловая скорость выражается через углы Эйлера следующим образом:

Ом "=" [ грех ( θ ) грех ( ψ ) потому что ( ψ ) 0 грех ( θ ) потому что ( ψ ) грех ( ψ ) 0 потому что ( θ ) 0 1 ] [ ф ˙ θ ˙ ψ ˙ ] .
(Вектор [ ф θ ψ ] обозначается е . ) Большая проблема, с которой я столкнулся, заключается в том, что угловая скорость зависит от общего вектора скорости ( е ˙ ) линейным образом (линейным оператором М ( е ) матрица которой представлена ​​выше), поэтому общий импульс п е "=" л е ˙ не является явной функцией общего вектора скорости( е ˙ ). То есть теорема Донкина или преобразование Лежандра не могут быть применены, потому что общие компоненты скорости не могут быть явно записаны как функции е и п е .

Однажды я посещал занятия по алгебрам Ли, где основное внимание уделялось вращению твердого тела в SO(3), и мы разработали дискретные версии уравнений Гамильтона с использованием вариационных методов непосредственно для каждой задачи; затем мы провели с ними компьютерное моделирование, получив очень высокую степень стабильности. Целью занятий было изучение методов, подходящих для орбитальных расчетов. В качестве рабочего элемента использовались матрицы поворотов; это кососимметричные матрицы, образующие алгебру Ли в so(3). Класс был очень вовлеченным и крутым.
Питер Диер, и как здесь может быть полезен гамильтониан с дискретным временем?
Мы перешли от лагранжиана к гамильтониану; метод отличался от вашего, но я не припоминаю никаких теоретических препятствий. Но лагранжиан выражался иначе.

Ответы (1)

Лагранжиан на самом деле является уравнением Ом , однако в общем случае это будет квадратичная функция Ом , так как кинетическая энергия вращения будет определяться выражением

1 2 Ом Т я   Ом
Это даст вам желаемые обобщенные импульсы как функцию общих векторов скорости, поскольку диагональные элементы тензора момента инерции не должны быть равны нулю, гарантируя, что квадратичные члены скорости появятся в лагранжиане. Точная форма лагранжиана будет зависеть от вращающегося объекта и его момента инерции.

Заметки Дэвида Тонга довольно ясно рассматривают случай вращательного лагранжиана в терминах углов Эйлера для симметричного волчка. Из явного лагранжиана легко видеть, что 2 л е ˙ 2 отличен от нуля, что позволяет применить преобразование Лежандра.