Velocidad de pequeñas oscilaciones

Consideramos que los desplazamientos alrededor del equilibrio son pequeños, en pequeña oscilación. ¿Suponemos también tácitamente que la velocidad (más bien, su magnitud) sigue siendo pequeña?

En Goldstein, se menciona al calcular el T función (Energía Cinética) que el metro i j términos en la expresión de

T = 1 2 metro i j η ˙ i η ˙ j
se puede ampliar de la siguiente manera:

metro i j ( q 1 , . . . q norte ) = metro i j ( q 1 o , . . . q norte o ) + ( metro i j q k ) o η k + . . .

Aquí el q o representan coordenadas de equilibrio. Ahora dicen que desde T ya es cuadrática en el η ˙ 's, podemos despreciar todos los términos en la expansión de metro i j excepto el primer término.

Pero, ¿no supone esto que el η ˙ 's son todos pequeños, cuando nunca se ha asumido explícitamente como tal?

Respuestas (1)

No.

La energía cinética siempre es cuadrática (suponiendo que no seamos relativistas), pero la energía potencial nunca es estrictamente cuadrática. Para obtener un potencial casi cuadrático, se debe restringir el movimiento a pequeñas desviaciones alrededor de un punto de equilibrio.

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La expresión para T depende de η ˙ , por supuesto, pero también depende de η a través de la dependencia coordinada del tensor de inercia metro ( q ) . Para un sistema de partículas masivas que analizamos usando coordenadas convencionales, la inercia de las partículas, sus masas, no cambia. Sin embargo, cuando se expresa en coordenadas generalizadas, la inercia puede variar con la coordenada. Sin embargo, para usar un formalismo linealizado, debemos tener una energía cinética que dependa de η ˙ solo. Es decir, la inercia debe ser constante.

Para lograr esto, restringimos las coordenadas a una pequeña región alrededor del punto de equilibrio, una región sobre la cual la inercia no cambia apreciablemente. Hacemos esto expandiendo metro ( q ) en un desarrollo en serie de Taylor, conservando sólo el término que no depende de η . Observe que la expansión es una expansión en η , no η ˙ , y términos lineales (y superiores) en η se caen Es decir, restringe la validez a pequeñas η , no pequeño η ˙ La expansión no tiene nada que decir sobre η ˙ . No tengo a Goldstein frente a mí, pero sospecho que la siguiente fórmula es T = metro i j ( q 0 ) η ˙ i η ˙ j . Inercia constante, y el desarrollo puede continuar de la manera "ordinaria".

Lo siento, pero no veo cómo esto responde a mi pregunta. Incluso si la energía cinética es cuadrática, lo es en las velocidades, y pequeñas desviaciones alrededor del equilibrio no necesariamente implican pequeñas velocidades, ¿no es así?
Eso es correcto. Pequeñas desviaciones alrededor del equilibrio no implican pequeñas velocidades. Pero nunca asumimos que las velocidades son pequeñas. Pueden ser grandes, sin límite (hasta volverse relativistas).
Entonces, ¿cómo tiene sentido eliminar todos los términos de la metro i j expansión excepto el primer término?
ah Leí mal la fórmula dada. Permítame verificar ...
Aún no. Esa es una expansión del tensor de inercia con respecto a η , no η ˙ . De nuevo, el truncamiento es válido cuando η es pequeño. No dice nada sobre el tamaño de η ˙ . Requiere que la inercia no cambie demasiado a medida que el sistema se aleja del equilibrio. Para hacer eso, el sistema tiene que permanecer cerca del equilibrio.
Si estás hablando de la expansión de T, definitivamente es en términos de η ˙ 's. No entiendo tu argumento en ese caso.
Editaré mi publicación.
Entiendo su argumento, pero lo que Goldstein dice específicamente es "como (la expresión de T) ya es cuadrática en el η ˙ 's, la aproximación más baja que no se desvanece a T se obtiene eliminando todos menos el primer término en las expansiones de metro i j ". Así que no entiendo qué tiene que ver la naturaleza cuadrática en términos de la velocidad generalizada con la aproximación del término de inercia.
No creo que lo haga. No estoy seguro de lo que quiere decir Goldstein, pero supongo que está diciendo: "lo único que tenemos que hacer para obtener la KE en la forma que queremos es fijar cómo varía el tensor de inercia con q . No necesitamos hacer nada al respecto η ˙ porque ya está en la forma deseada"