¿Por qué el potencial es independiente de la velocidad generalizada?

En Goldstein, Mecánica clásica , cap. 1.4 derivamos las ecuaciones de Lagrange del principio de D'Alembert. Mi pregunta es con respecto a la última parte de la derivación, específicamente la parte donde introduce el Lagrangiano L definido como T V :

(1.53) d d t ( T q ˙ j ) T q j q j = 0 ,
(1.54) q j = V q j .
Que al sustituir da:
(1.55) d d t ( T q ˙ j ) ( T V ) q j = 0 .

El siguiente paso es lo que me confunde. Afirma que el potencial V no depende de las velocidades generalizadas por lo que hace la siguiente sustitución que "no tiene ningún efecto sobre la diferenciación con respecto a q ˙ j ":

d d t ( ( T V ) q ˙ j ) ( T V ) q j = 0.
Lo que lleva a lo familiar:
(1.57) d d t ( L q ˙ j ) L q j = 0.

Tiene sentido intuitivamente. Después de todo, puede variar la posición de una partícula sin afectar su velocidad instantánea al final de su trayectoria, provocando así un cambio en el potencial sin un cambio correspondiente en la velocidad.

Mi confusión surge cuando conoces las ecuaciones de movimiento a priori: V depende de la posición, la posición depende del tiempo (a partir de ecuaciones de movimiento) y la velocidad depende del tiempo. ¿No significa esto que existe alguna relación entre la función potencial y la velocidad?

Respuestas (1)

Comentarios a la pregunta (v2):

  1. En primer lugar, debe mencionarse que Goldstein se apresura a definir los potenciales generalizados dependientes de la velocidad en la página siguiente.

    (1.58) q j   =   tu q j + d d t ( tu v j ) .

  2. Parece que el corazón de la pregunta de OP es equivalente a la pregunta frecuente ¿ Cómo se puede posicionar? q y velocidad v ser variables independientes en el lagrangiano L ( q , v , t ) ? Esto ha sido respondido, por ejemplo, en esta publicación de Phys.SE.

Con respecto a 2: para el ejemplo simple del movimiento de un proyectil, escribe la coordenada y como una función de la velocidad como tal: y = y 0 + 1 2 v 0 2 + 2 v 0 v + 1 2 v 2 gramo Sustituyendo esto en el potencial V (en este caso, mgy) vemos que V depende de la velocidad, lo que aparentemente contradice ∂U/∂v = 0.
Aquí hay un intento de dar una explicación: una solución para eoms depende de la elección de las condiciones iniciales ( q 0 , v 0 ) . el lagrangiano L ( q ( t ) , v ( t ) , t ) (y por lo tanto el potencial) es una función de estado, que solo puede depender del estado ( q ( t ) , v ( t ) ) del sistema en un instante t a la vez Si L depende de más de un instante a la vez, se volvería no local. En particular, no se permite depender de condiciones iniciales (que se refieren a otro tiempo). Una explicación más completa se da en la publicación vinculada.
¿Cuál es el razonamiento detrás de por qué el Lagrangiano debe ser local?
En el contexto de Goldstein, esta es una suposición implícita.