Función energética del péndulo

Estoy siguiendo el libro de G.Teschl para ODE y sistemas dinámicos, y en el problema 6.26 me piden encontrar la función de energía del péndulo matemático. X ¨ = m X ˙ s i norte ( X ) .

El libro muestra una forma estándar (supongo) de encontrar una función de energía, así que traté de emularla de la siguiente manera:

amplificamos X ¨ = m X ˙ s i norte ( X ) por X ˙ y obtenemos X ¨ X ˙ = m X ˙ 2 s i norte ( X ) X ˙ que se puede escribir como d d t X ˙ 2 2 = m X ˙ 2 s i norte ( X ) X ˙ . ahora vamos a llamar tu ˙ ( X ) = m X ˙ s i norte ( X ) , entonces, d d t X ˙ 2 2 = tu ˙ ( X ) X ˙ lo que nos lleva a d d t ( X ˙ 2 2 + tu ( X ) ) = 0 . Y esto debería representar la derivada de la función de energía del doble péndulo. Ahora me piden que demuestre que la función de energía podría usarse como una función de Liapunov para probar la estabilidad de ( 0 , 0 ) pero no he podido hacer lo último, no he podido resolverlo explícitamente, por lo que cualquier ayuda sería muy apreciada.

Muchas gracias chicos <3

¿Podemos suponer m 0 ?

Respuestas (1)

Tu argumento no tiene sentido; la derivada temporal de tu ( X ) no es tu ˙ ( X ) X ˙ sino más bien tu ( X ) X ˙ . Entonces surge el problema de definir tu ( X ) = m X ˙ pecado X , porque el lado derecho dependerá del tiempo.

Lo que realmente pregunta el problema 6.26 es si "la energía", es decir, la energía del péndulo sin fricción (que es la suma de la energía cinética X ˙ 2 / 2 y potencial tu ( X ) dónde tu ( X ) = pecado X ), todavía se conserva para el péndulo con fricción. La respuesta es no, porque tomando la derivada temporal de la energía da

T ˙ + tu ˙ = X ˙ X ¨ + X ˙ pecado X = m X ˙ 2

que siempre es negativo (porque el problema especifica m > 0 ).

Entonces, "la energía" (es decir, la energía del péndulo sin fricción) ahora está disminuyendo estrictamente a lo largo de las trayectorias, lo cual tiene sentido: el péndulo disipa energía a medida que se mueve hacia el equilibrio asintótico en el origen en el espacio de fase. De hecho, debido a que la energía anterior ahora es estrictamente decreciente, se puede usar como una función de Liapunov.