Vrtavka in tenzorji

Tehnika. Kako deluje...? Zakaj ne moremo narediti...?
Odgovori
Popotnik
Prispevkov: 532
Pridružen: 12.11.2008 18:35

Vrtavka in tenzorji

Odgovor Napisal/-a Popotnik »

Imamo tenzor vztrajnostnega momenta:
\(J=\begin{bmatrix}J &0&0 \\ 0 & J & 0 \\ 0 & 0 & J_z \end{bmatrix}\)
In kot je napisano: \(J_x = J_y = J\).
Kotna hitrost:
\(\omega = {\begin{bmatrix}\omega_x & \omega_y & \omega_z \end{bmatrix}}^T\)

To telo (vrtavko) postavimo v sistem \(\hat{i}'\), \(\hat{j}'\), \(\hat{k}'\).

\(\overrightarrow{L} = \underline{\underline{J}} \overrightarrow{\omega}\)

Vrtenje okoli ene osi, npr.:
\(\underline{\underline{J}} {\begin{bmatrix}\omega_x & 0 & 0 \end{bmatrix}}^T\), \(\omega_x \ne 0\)
razumem (se mi zdi).

Težava pa nastopi, če se vrti okoli dveh osi:
\(\underline{\underline{J}} {\begin{bmatrix}\omega_x & \omega_y & 0 \end{bmatrix}}^T\), \(\omega_x \ne 0\) in \(\omega_y \ne 0\).

Bi rekel, da se spremeni vztrajnosti moment, če je zadeva izmaknjena iz začetne lege. Torej, če zasukamo (ali sukamo) okoli osi y, vrtenje okrog x pač ni več isto.

Uporabniški avatar
Aniviller
Prispevkov: 7263
Pridružen: 15.11.2004 18:16

Re: Vrtavka in tenzorji

Odgovor Napisal/-a Aniviller »

To ni ravno vrtenje okrog dveh osi. Se vedno se vrti okrog ene osi, le da je ta usmerjena drugam (v smer vektorja kotne hitrosti). Vrtenje pac ni komutativno v 3D in zasukov zato ne mores kar sestevati. Ce vrtenje ne poteka okrog lastne osi, potem sploh ni enostavno opisljivo ce vrtavke v to os ne vpnemo (da ne pride do proste precesije).

No, zdaj pa odgovor na vprasanje: vztrajnostni moment za rotacijo okrog poljubne osi preberes iz vztrajnostnega elipsoida. Formalno prides do tega iz ohranitve energije:
\(\frac{1}{2}\boldsymbol{\omega}\mathrm{J}\boldsymbol{\omega}\)
Nastopa v bistvu skalarni produkt vrtilne kolicine in kotne hitrosti. Ta dva vektorja v splosnem nista vzporedna. Za neko smer s lahko potem definiras vztrajnostni moment:
\(\displaymath J(\mathbf{s})=\frac{\mathbf{s}\mathrm{J}\mathbf{s}}{||\mathbf{s}||^2}\)

Popotnik
Prispevkov: 532
Pridružen: 12.11.2008 18:35

Re: Vrtavka in tenzorji

Odgovor Napisal/-a Popotnik »

In če prav razumem, lahko rotacijo opišemo takole

\(\overrightarrow{L} = J_x \omega_x \hat{i}' + J_y \omega_y \hat{j}' + J_z \omega_z \hat{k}'\)

le v primeru, ko se vrti okoli lastnih osi in tako ima tudi tenzor diagonalne elemente.

Uporabniški avatar
Aniviller
Prispevkov: 7263
Pridružen: 15.11.2004 18:16

Re: Vrtavka in tenzorji

Odgovor Napisal/-a Aniviller »

Ja, to je v diagonalnem primeru. Saj zato pa imas splosno zapisano v tenzorski obliki, kjer se lahko komponente pomesajo med seboj. Ce poznas prehodno matriko v lastni sistem, se tenzor seveda transformira takole:
\(J'=TJT^{-1}\)
(T je seveda ortonormirana). Obratno, lastni sistem in lastne vztrajnostne momente vedno lahko poisces z diagonalizacijo tenzorja (lastne vrednosti & lastni vektorji matrike).

Odgovori