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平衡势能准则
11.9
考虑一个无摩擦的弹簧-质量系统,其位置由一个独立变量定义。在此系统中,势能是重力势能和弹性势能之和,势能的减少量等于对系统所做的功。
如果系统处于平衡状态并经历虚位移,则所做的功可被虚功替代。
根据虚功原理,对于所有虚位移,所做的功为零,因此势能的变化也为零。对于微小的虚位移,势能可用其对位置坐标的首阶导数来表示。
由于虚位移不为零,势能的一阶导数必须为零。因此,当一个系统的势能一阶导数为零时,该系统处于平衡状态。
将此准则应用于弹簧-质量系统,可得到其平衡位置。
如果势能依赖于多个自变量,那么在平衡状态下,势能对每个坐标的偏导数都必须为零。
势能或势函数在确定机械系统的稳定性方面起着至关重要的作用。如果一个系统同时受到重力和弹力的作用,那么系统的势函数可以表示为重力势能和弹性势能的代数和。如果系统处于平衡状态并且发生少量的位移,那么对系统所做的功等于系统从初始位置到最终位置的势能所发生变化的负值。如果系统经历的是虚位移而不是实际位移,那…