بيت » Hamiltonian Mechanics

Hamiltonian Mechanics

1833
  • William Rowan Hamilton

A reformulation of classical mechanics that uses generalized coordinates and their conjugate momenta. It is based on the Hamiltonian function, [latex]H(q, p, t)[/latex], representing the system’s total energy. The dynamics are described by Hamilton’s equations: [latex]\dot{q}_i = \frac{\partial H}{\partial p_i}[/latex] and [latex]\dot{p}_i = -\frac{\partial H}{\partial q_i}[/latex]. This نطاق is central to quantum mechanics and statistical mechanics.

Hamiltonian mechanics, developed by William Rowan Hamilton, is a further abstraction of classical mechanics, building upon the Lagrangian framework. Its natural setting is phase space, an abstract space where the axes are the generalized coordinates ([latex]q_i[/latex]) and their corresponding generalized momenta ([latex]p_i = \frac{\partial L}{\partial \dot{q}_i}[/latex]). The complete state of a system at any instant is represented by a single point in this phase space.

The central function is the Hamiltonian, [latex]H(q, p, t)[/latex], which is derived from the Lagrangian via a Legendre transformation. For many common systems, the Hamiltonian is simply the total energy, [latex]H = T + V[/latex]. The system’s evolution in time is governed by a set of first-order differential equations known as Hamilton’s equations: [latex]\dot{q}_i = \frac{\partial H}{\partial p_i}[/latex] and [latex]\dot{p}_i = -\frac{\partial H}{\partial q_i}[/latex]. These equations are symmetric and often easier to work with than the second-order Euler-Lagrange equations.

A profound aspect of this formalism is its deep connection to other areas of physics. The structure of Hamiltonian mechanics is preserved under a class of transformations called canonical transformations. The time evolution of any quantity [latex]f(q, p)[/latex] can be expressed using Poisson brackets, a mathematical operation that has a direct analogue in quantum mechanics: the commutator. This makes Hamiltonian mechanics the most direct classical precursor to quantum theory.

Furthermore, Hamiltonian mechanics is the foundation of statistical mechanics. Liouville’s theorem, a direct consequence of Hamilton’s equations, states that the volume of a region in phase space is conserved as it evolves in time. This principle is crucial for understanding the behavior of large ensembles of particles, such as atoms in a gas.

UNESCO Nomenclature: 2211
– Physics

النوع

Abstract System

Disruption

Foundational

الاستخدام

Widespread Use

Precursors

  • Lagrangian mechanics
  • Legendre transformation
  • Calculus of variations
  • Newtonian mechanics

التطبيقات

  • quantum mechanics (schrödinger equation formulation)
  • statistical mechanics (phase space and liouville’s theorem)
  • celestial mechanics (perturbation theory)
  • control theory and optimal control
  • geometric optics

براءات الاختراع:

NA

Potential Innovations Ideas

!!مستويات !!! العضوية مطلوبة

يجب أن تكون عضوًا !!! مستويات!!! للوصول إلى هذا المحتوى.

انضم الآن

هل أنت عضو بالفعل؟ سجّل الدخول هنا
Related to: hamiltonian, phase space, canonical coordinates, conjugate momentum, poisson brackets, quantum mechanics, statistical mechanics, symplectic geometry

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

متاح للتحديات الجديدة
مهندس ميكانيكي، مدير مشروع أو بحث وتطوير
تطوير المنتج الفعال

متاح لتحدي جديد في غضون مهلة قصيرة.
تواصل معي على LinkedIn
تكامل الإلكترونيات المعدنية والبلاستيكية، التصميم حسب التكلفة، ممارسات التصنيع الجيدة (GMP)، بيئة العمل، الأجهزة والمواد الاستهلاكية متوسطة إلى عالية الحجم، الصناعات الخاضعة للتنظيم، شهادات CE وFDA، التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD)، Solidworks، الحزام الأسود Lean Sigma، شهادة ISO 13485 الطبية

نحن نبحث عن راعي جديد

 

هل شركتك أو مؤسستك متخصصة في التقنية أو العلوم أو الأبحاث؟
> أرسل لنا رسالة <

احصل على جميع المقالات الجديدة
مجاني، لا يوجد بريد عشوائي، ولا يتم توزيع البريد الإلكتروني ولا إعادة بيعه

أو يمكنك الحصول على عضويتك الكاملة -مجانًا- للوصول إلى جميع المحتويات المحظورة >هنا<

Related Invention, Innovation & Technical Principles

Scroll to Top

قد يعجبك أيضاً