Реферат: Полуточка: модель скорости

Каратаев Евгений Анатольевич

Настоящаястатья строит модель скорости в рамках модели полуточки и приводит две простыхиллюстрации, демонстрирующие и иллюстрирующие модель скорости в общеизвестныхслучаях поступательной и вращательной скорости. В статье приводится в основноммодель скорости, и разбор отдельных случаев скорости и её видов представляетсялибо темой отдельной статьи, либо большой работы о кинематике, выраженной на языкегиперкомплексных чисел.

Дляпонимания предлагаемой модели скорости частично повторим основные положениямодели полуточки и модели миров.

Точкапространства испытывает изменение при переходе от одной системы отсчёта кдругой:

/>

(1)

Считается,что точка />принадлежит миру с временем />:

/>

(2)

Вэтой статье понятия системы координат и системы отсчёта полагаютсясовпадающими. Полагается, что положение точки и её состояние измеряются внекоторой идеальной системе, выбираемой наблюдателем по его усмотрению.

Состоянияточки в два различных момента времени могут быть определены относительно однойи той же системы координат. Будем полагать, что из первого состояния во второеможно попасть, совершив преобразование системы координат:

/>

(3)

Здесьвеличина />определяет преобразование, которое следуетсовершить для такого перехода. При этом />есть разностьвремён этих двух миров:

/>

(4)

Такжебудем полагать, что эти два состояния разделены друг от друга бесконечно малымрасстоянием во времени:

/>

(5)

Подскоростью будем понимать величину, определенную классическим способом: Есливеличина />зависит от величины />, и с течением />величина/>испытываетизменение, то скоростью называется предел отношения приращений величин />и />:

/>

(6)

Ещёодно небольшое отступление нужно сделать для описания и выбора точной моделипреобразования Пуанкаре. Дело в том, что пока рассматриваются лишьпространственно-временные преобразования, им в действительности удовлетворяетдва различных преобразования:

/>

(7)

и

/>

(8)

Здесьв первом случае используется скалярно-векторное сопряжение, во втором — скалярно-алгебраическое. Для того, чтобы выявить, в чем они различаются с точкизрения группы Пуанкаре, распишем их операторное представление:

/>

(9)

/>

(10)

/>

(11) /> /> />

Видно,что эти два оператора отличаются псевдоскалярной частью параметра. В силу того,что её можно вынести из оператора преобразования, оба варианта могут бытьпредставлены как:

/>

(12)

/>

(13)

гдечерез />обозначен оператор />с вынесеннойпсевдоскалярной составляющей из его параметров:

/>

(14)

Такимобразом, предстоит сделать выбор между двумя вариантами преобразований: 1)использовать скалярно-векторное сопряжение или 2) использоватьскалярно-алгебраическое сопряжение. Выберем вариант 1 с отбрасываниемрассмотрения псевдоскалярной составляющей параметра преобразований в силу того,что пока в наши цели не входит рассмотрение псевдоскалярных преобразований и всилу того, что векторное сопряжение удобнее в силу его линейности.

Аименно:

/>

(15)

/>

(16)

Поэтомумы можем выполнить дальнейший вывод более наглядно.

Всилу того, что величина />и её приращение являютсяскалярами, имеем:

/>

(17)

Ив случае когда />мало, имеем:

/>

(18)

/>

(19)

Используяэто соотношение для преобразования полуточки, распишем выражение дляпреобразования точки:

/>

/>

(20)

Оставивчлены первого порядка малости по />:

/>

(21)

Используяопределение полуточки

/>

получим:

/>

(22)

Положивточку функцией величины />и сравнив с разложением еёв ряд Тейлора в окрестности />, получим:

/>/>

(23)

Этовыражение и является определением скорости точки />, если она движется вовремени />, испытывая в каждый его момент преобразование Пуанкаре:

/>

(24)

Выражение(23) является скалярно-векторно сопряжённым самому себе:

/>

(25)

Тоесть абсолютное приращение точки />выполняется несмотря напроизвольность величины />так, что точка />остаетсясама себе скалярно-векторно сопряжённой.

Отметимтакже, что в силу свойства точки />верноравенство:

/>

(26)

Далее…

Придерживаясьмодели полной группы Пуанкере, мы должны считать величины />и />дуальнымибикватернионами, имеющими 16 компонент. В силу требования скалярно-векторнойсопряжённости самой себе точка часть компонентов имеет нулевыми.

Дляпонимания дальнейшего вывода представим величины />и />в виде, явносодержащем разделение на главную и дуальную части:

/>

/>

(27)

Здесьиндексом />обозначены главные части, а индексом /> — дуальные. Пользуясьвведенным обозначением, распишем выражение скорости:

/>

Сгруппировавглавные и дуальные части, получим:

/>/>

(28)

Используяэто разложение в главных и дуальных частях и задавая различные частные случаивеличин />, />, />и />, оценим характервклада в скорость точки />отдельных величин />и/>. А также найдём их сопоставление отдельным общеизвестнымскоростям.

Случай1.

Зададимточку />как дуальный вектор с единичной главной частью:

/>

(29)

авеличину />как дуальный вектор с нулевой главной частью:

/>

(30)

Тогда,используя разложение (29), найдем скорость точки при таком преобразовании:

/>

(31)

Всилу того, что выбрано условие />, имеем:

/>

(32)

Такимобразом, в приведённых выше условиях величина />является линейной скоростьюприращения дуальной части />. В силу того, что всостав величины />входит какполярная, так и дуальная части, то есть:

/>

(33)

тов силу свойств функций />и />, определённыхкак

/>

(34)

/>

(35)

Иимеющих свойства сопрягаться:

/>

(36)

/>/>

(37)

Имеемравенство для первого случая:

/>

(38)

Или:величина />является линейной скоростью изменения вектора/>.

Случай2. Выберем величины />и />такими, чтовыполняются следующие условия:

/>

(39)

Используявыражение (29) с этими условиями, получим:

/>

(40)

Всилу выбора />и свойства (38) имеем:

/>

(41)

И,также в силу свойства (38), в выражении скорости остаются члены:

/>

(42)

Переведявеличины />и />в векторную запись ираскрыв произведение по правилу произведения кватернионов, получим:

/>

(43)

гдес помощью скобок [] обозначено традиционное векторное произведение 3-х мерныхвекторов />и />.

Или:величина />является угловой скоростью вращения вектора />.

Такимобразом, величины />и />имеют всем хорошо известные механические кинематическиеинтерпретации.

Цельюнастоящей работы было дать модель скорости и её иллюстрация в частных случаях.Поэтому полный разбор сочетаний />и />здесь нерассматривается и автор полагает, что такое рассмотрение должно стать темойотдельной работы, посвящённой именно этому вопросу.

Кбудущим исследованиям могут быть отнесены: величины />и />, а также отдельное исследование главной части точки />. Вданной работе рассматривалась лишь её дуальная составляющая. Но общая модельпреобразования Пуанкаре потребовала объединения в одну величину дуальной иглавной частей вектора />, существенно увеличив егоразмерность. Автор полагает, что будущие исследования покажут оправданностьтакого объединения. Кроме того, остаётся совершенно нерассмотренной возможностьзамены скалярно-векторного сопряжения на скалярно-алгебраическое впреобразовании Пуанкаре и следствия такой замены.

Список литературы

Дляподготовки данной работы были использованы материалы с сайта karataev.nm.ru/

еще рефераты
Еще работы по математике