拉格朗日力學

非完整約束

一種在每個瞬間限制「系統可以怎麼動」,卻不限制「它最終能停在哪裡」的約束。經典的圖像是純滾動(不打滑)的球或硬幣:它每一刻的速度都受限,但只要巧妙地滾一滾,你就能把它帶到任意的位置與姿態。

它表示為一組速度之間、無法被積分成純座標關係的關係,典型是一個不可積的微分形式,即某個 a_i dq_i + a_t dt = 0 之和且它不是恰當微分。純滾動就是原型:它把平移速度與轉動速度連在一起,卻不禁止任何位形。因此它減少了可及的速度(運動學上的自由),卻不減少位形空間的維度。

在這裡,尋常的「消去一個座標」技倆會失敗,因為你無法解出約束去移除某個變數,所以你必須保留全部座標,並用拉格朗日乘子來施加約束。還要誠實地提醒:對非完整系統盲目套用哈密頓原理(所謂的 vakonomic 力學)所得到的方程,會與物理上正確的方程不同。正確的路子是拉格朗日-達朗貝爾原理,它奠基於達朗貝爾原理,而非對作用量的天真變分。

在桌面上直立、純滾動不打滑的硬幣滿足一個非完整約束,但它卻能被操縱到桌面上任意的位置與朝向。

速度受限,但整個位形空間仍可到達。

非完整指的是對速度的「不可積等式約束」,而非只是不等式;而且在此對作用量做天真變分會得出錯誤的方程。

又称
non-holonomic constraint非完整約束條件