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回复:【几何学与力学的千丝万缕】(1)

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由于极小曲面的面积达到极小, 所以如果我们稍稍扰动肥皂泡,它的面积肯定比原先大. 如何用数学语言来解释这个现象? 这就好比我们平时看到的二次函数y=x^2顶点,稍稍偏离该顶点,函数值就会变大. 我们用导数的概念可以解释它,就是在顶点处的一阶导数为零--费马的贡献。
类比到肥皂泡问题, 我们也可引进类似导数的概念, 叫做变分--贝努力的贡献。
因此扰动肥皂泡时,一阶变分在原来的形态时取零。
接着就和叶子提出的问题解答有些类似, 利用上述变分条件, 我们得到了一个微分方程--欧拉和拉格朗日等的贡献。



16楼2011-12-17 20:27
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    变分与数学和物理中可谓无处不在,有时候因为以过于熟悉的直观形式和我们见面,以至于大家都没有意识到其背后的统一性。
    在物理上有个最小作用量原理。 粗糙的意思是说, 物质总是尽可能让自己保持最节约的状态。整个经典动力学都可以在这个原理基础上建造出来。 而此原理就是变分学的物理表述而已。
    费马的光束最短路程原理等等也都可以视作变分学的例子。


    17楼2011-12-17 20:33
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      不好意思,你说的不对,
      铁线圈收到张力是不一定会变成圆形的
      这个问题在工学里面早已经有定论,我下次再发个专辑
      因为铁丝是能承受一部分内力产生的力矩的,所以很可能部分变形,或者不变形
      只有绳子,橡皮筋一类的,只能承受拉力(沿着轴线方向受力)才会变圆。
      可以证明的是,在受到均布力的时候,二次曲线的构造才会可能没有内部弯矩力。
      而封闭的图形里面,只有圆才行。
      ————————————————————————————————————
      简单的说,是由于内部的力矩使得结构向不承受力矩的形状转变。而形成圆。
      对于坚硬的,能承受力矩的结构,可能保持元形状。


      IP属地:北京18楼2011-12-18 21:28
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        拉力会使物体拉伸
        力矩会使物体弯曲。
        线圈,在均不力(水张力)的情况下,收到力矩的影响而变形。
        由于线圈不能承受力矩,只能向圆圈的方向发展,最后几何形状得到稳定


        IP属地:北京19楼2011-12-18 21:32
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          这里铁线圈固定不动。 主要是看肥皂泡在给定边界(就是固定的铁线圈)下的几何形状。


          20楼2011-12-18 21:57
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            我知道不动
            但是物理要静力平衡,铁丝的截面是要承受内力矩和内垃力的
            你想一个最极限的情况,铁丝是完全的刚性的,那么抗弯矩的能力是无穷大
            那么铁丝即使受到水泡的张力,也不会变圆的。仍然保持原状啊。
            绳子不同,绳子受拉力后,由于不能承受弯矩,只能沿着拉力方向变直。

            


            IP属地:北京21楼2011-12-18 22:26
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              这里贴几张肥皂泡的实际拍摄照片



              22楼2011-12-19 17:17
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                23楼2011-12-19 17:17
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                  24楼2011-12-19 17:18
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                    25楼2011-12-19 17:18
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                      http://www.bugman123.com/MinimalSurfaces/


                      26楼2011-12-19 17:19
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                        陈维桓《极小曲面》值得一看,算是科普的吧,里面有几张照片。不过此书起点要求大学以上。
                        http://product.china-pub.com/305071


                        27楼2011-12-19 17:21
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                          我又仔细的看了一遍,发现你跟我讲的根本就不是一个问题
                          你那网站都是动力学假设,认为物体都是“绝对刚体”
                          当然了,水泡的张力很小,可以近似的认为内力矩不会改变框架的形状,
                          但是实际上,任何物体都有弹塑性性质的。我的那个(3)是
                          可以适用于平面上任何大小的均布力和材料。
                          水泡只是一个均布力很小,架子是绝对刚体的特殊情况。只是我那一个特例。
                          我写的那个更有一般性。
                          比如软管,里面充水后会变圆,气球充气后变成球。都可以用我这个解释。
                          我是考虑了架子的变形的。
                          铁丝的情况有可能部分变形,那要看铁丝的截面惯性矩I和弹性系数K
                          因为截面很小的时候,刚性会很低,那样的话,铁丝可能会变形。


                          IP属地:北京28楼2011-12-19 20:16
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                            你的问题是假设水泡的框架是绝对刚性的。这个时候水泡保持表面积最小?
                            这个跟我讲的不是一个问题。
                            我讲的是,水泡外面的框架会怎么变化,我考虑的是弹性体。至于水泡自身怎么变化,我没讲到。你说的也很好,我把这个补充到那边。


                            IP属地:北京29楼2011-12-19 20:22
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                              我明白你的意思的。我这个例子只是你的特例。如果圈圈弹性十足,当然要考虑更一般的情况。
                              不过在极小曲面问题上,数学家不关心圈圈的弹性问题。


                              30楼2011-12-19 20:26
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