Esercizi di Meccanica razionale elaborati dell'ing. Giorgio Bertucelli.
Esercizio
Un sistema di tre masse come in fig. 1, con M > m, si muove lungo una retta orizzontale. Si chiede:
a) quali sono le frequenze presenti nel sistema;
b) se la massa di sinistra riceve un impulso P0 al tempo t=0, determinare il moto della stessa massa come funzione del tempo.
Soluzione Quesito a
Contando da sinistra, siano x1,x2,x3, gli spostamenti delle tre masse dalla loro posizione di equilibrio. La lagrangiana del sistema è
e le equazioni di Lagrange
per risolvere le quali tentiamo le soluzioni seguenti (i è l'unità immaginaria):
che danno
ovvero un sistema lineare omogeneo. Per soluzioni non banali dobbiamo imporre:
Consideriamo il seguente operatore essenzialmente autoaggiunto definito nello spazio di Hilbert L²(R):
dove l'operatore p è rappresentato nella base delle coordinate, da
Come è noto, lo spettro degli autovalori è
Le corrispondenti autofunzioni sono:
dove
sono costanti di normalizzazione, mentre Hn(x) sono i polinomi di Hermite. Consideriamo ora un secondo operatore essenzialmente autoaggiunto V(x) tale che
essendo λ un parametro reale variabile con continuità in [0,1] e che controlla l'effetto del secondo operatore per ciò che riguarda la modulazione dello spettro di H0. Più precisamente, lo sviluppo in serie di potenze di λ, degli autovalori di H è dato da