• 位力定理

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    位力定理

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    力學中,維里定理提供了一個通用方程,它將離散粒子的穩定系統的總動能隨時間的平均值與系統的總勢能聯系起來,受勢力的約束。 Fk 代表作用在位置 rk 的第 k 個粒子上的力,尖括號代表封閉量隨時間變化的平均值。 等式右側的詞維里源自 vis,力或能量的拉丁詞,并于 1870 年由魯道夫·克勞修斯 (Rudolf Clausius) 給出了它的技術定義。

    維里定理的意義在于它允許計算平均總動能,即使對于非常復雜的系統也無法精確求解,例如統計力學考慮的系統; 根據均分定理,該平均總動能與系統溫度相關。 然而,維里定理不依賴于溫度的概念,甚至對于不處于熱平衡的系統也成立。 維里定理已以各種方式推廣,最顯著的是推廣到張量形式。

    如果系統任意兩個粒子之間的力由勢能 V(r) = αrn 產生,該勢能與粒子間距離 r 的某個冪 n 成正比,則維里定理采用簡單形式 2 ? T ? = n ? V TOT ? 。

    因此,平均總動能 ?T? 的兩倍等于平均總勢能 ?VTOT? 的 n 倍。 V(r) 表示距離為 r 的兩個粒子之間的勢能,VTOT 表示系統的總勢能,即系統中所有粒子對的勢能 V(r) 之和。 這種系統的一個常見例子是一顆靠自身引力聚集在一起的恒星,其中 n 等于 -1。

    歷史

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    維里定理可以直接從應用于經典引力動力學的拉格朗日恒等式得到,其原始形式包含在拉格朗日 1772 年發表的關于三體問題的論文中。卡爾·雅可比對 N 體的恒等式和拉普拉斯恒等式的當前形式與經典維里定理非常相似。 然而,導致方程式發展的解釋非常不同,因為在發展時,統計動力學尚未統一熱力學和經典動力學的獨立研究。

     

    位力定理

    說明性特例

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    考慮 N = 2 個具有相等質量 m 的粒子,它們受到相互吸引力的作用。 假設粒子位于半徑為 r 的圓形軌道的直徑相對點上。 速度為 v1(t) 和 v2(t) = ?v1(t),它們垂直于力 F1(t) 和 F2(t) = ?F1(t)。 各自的大小固定在 v 和 F。

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