Rotating Hollow Hoop

A thin hollow cylindrical pipe is bent to form a hollow circular ring of mass m and radius R. The ring is attached by means of massless spokes to a vertical axis, around which it can rotate without friction in a horizontal plane. Inside the ring, a point mass P of mass m is free to move without friction, but is connected to a point H of the ring by a massless spring which exerts a force kΔs, where Δs is the length of the arc HP (see Figure 1.1). Take as variables the angles θ and φ of CH and CP with the x axis.

 Figure 1.1

a) Write the Lagrangian and the Hamiltonian, and rewrite them in terms of the variables

b) Find an integral of motion other than the energy, and show that its Poisson bracket with H is zero.

c) Integrate the equations of motion with these initial conditions at t = 0:

SOLUTION

The Lagrangian for the system shown in Figure 1.2 can be written in

the form

The generalized momenta are

Figure 1.2

The Hamiltonian is

Changing the variables gives

(1)

(2)

(3)

Again, the generalized momenta are

The Hamiltonian is

b) Since  we have

The Poisson bracket of p_ζ with H is

So, p_ζ is indeed the integral of motion since its Poisson bracket with H is equal to zero.

c) From (3), the equations of motion are

(4)

(5)

From (4) and (5) we obtain

Using the initial conditions for (1) and (2) we have

So

and finally

اخر الاخبار

اخبار العتبة العباسية المقدسة

سماحة السيد الصافي يكرم عددًا من عوائل الشهداء ضمن فعاليات مهرجان روح النبوة النسوي العالمي الثامن

إحدى أمهات الشهداء: نعتز بتضحيات أبنائنا ونفتخر بشهادتهم دفاعًا عن الدين والمقدسات

ضمن فعاليات مهرجان روح النبوة… عرض فيلم يوثق نشاطات الشعب النسوية في العتبة العباسية المقدسة

فعاليات مهرجان روح النبوة الثقافي تشهد تقديم أوبريت الثقلين القرآني

المزيد

الآخبار الصحية

طبيب يكشف أفضل مكمل غذائي لتحسين المزاج ودعم الصحة النفسية

دراسة جديدة تكشف أضرار الأطعمة الجاهزة على القلب ؟

6 أطعمة طبيعية تهدئ الزكام دون أدوية.. تعرف عليهم

ماذا يحدث لأعراض الزكام عند تناول الثوم بانتظام؟

المزيد

الآخبار التكنلوجية

ابتكار ثوري في بطاريات السيارات الكهربائية.. سعة أعلى 4 مرات

ماذا يحدث لجسمك عند شرب الماء الساخن يوميا؟

7 فوائد "خفية" لشرب شاي الكركديه كل يوم

دراسة تكشف قدرة الحيتان على سماع الأصوات منخفضة وعالية التردد من مسافة بعيدة

المزيد

مواضيع ذات صلة

الغز الوجود

جسيمات التماثل الفائق الفوتينوات ، سكواركات ..المادة الظل.. الأكسيونات ..إلخ .

ريادةالانسان للفضاء -قدرة الله في خلق الطيور(كيف الهمت الطيور الانسان )

التجريبية المنطقية وميكانيكا الكم: رؤية كاسيرر بين العلم والفلسفة

المفاهيم الفيزيائية بين الدقة العلمية والتأويل الفلسفي

"توحيد العلوم عبر استبعاد الميتافيزيقا

إرنست ماخ: توحيد الفيزياء عبر الإدراكات الحسية واستبعاد الميتافيزيقا

"الفيزياء بين الكلاسيكية والكم: من حتمية الأشياء إلى نسبية القوانين"

قوانين البقاء في الفيزياء The Conservation Laws of Physics

من كاسيرر إلى ميكانيكا الكم: تطور مفهوم السببية في الفيزياء والفلسفة

نظرة فلسفية لميكانيكا الكم: هل يمكن فهم الحياة بمفاهيم الفيزياء؟

الطول والزمن في النسبية: التحدي الفيزيائي للفلسفة التقليدية