Abstract
The simple pendulum is a paradigm in the study of oscillations and other phenomena in physics and nonlinear
dynamics. This explains why it has deserved much attention, from many viewpoints, for a long time. Here, we attempt
to describe what we call a generalized perturbed pendulum, which comprises, in a single model, many known situations
related to pendula, including different forcing and nonlinear damping terms. Melnikov analysis is applied to this model,
with the result of general formulae for the appearance of chaotic motions that incorporate several particular cases.
In this sense, we give a unified view of the pendulum.
2002 Elsevier Science Ltd. All rights reserved.
1. Introduction
Since the time of Galileo [1], the pendulum has constituted a physical object, fascinating physicists and becoming one
of the paradigms in the study of physics and natural phenomena. In the framework of nonlinear dynamics, there is no
doubt that the pendulum is one of the objects that have deserved more attention in modelling all kind of phenomena
related to oscillations, bifurcations and chaos. Its paradigmatic importance in mathematics has been also pointed out
[2]. Its interest derives not only from its intrinsic value as a notable example to test and search for new phenomena, but
also from its wide range of applicability.
From the theoretical point of view, its study may be considered of fundamental interest, where new results appear
once in a while (for example, on the stability of pendula, following the theorem proved by Acheson [3–6]), and all
possible combinations of pendula, such as the double pendulum [7,8], coupled pendula or even networks of pendula are
used from very different perspectives and approaches [9–11]. One example of an interesting new result applied to this
system refers to the Wada property, which was thoroughly studied for the forced pendulum in [12,13], and has to do
with the unpredictability of the system, even when it has simple periodic attractors. On the other hand, very many
physical phenomena may be modelled as pendula. This is because many oscillatory problems may be reduced in some
way to the equations of the pendulum. One could argue that, as a kind of oscillatory unit, it may be found almost
everywhere where oscillations occur. Apart from the familiar cases which appear in mechanics, it has been used to
model a charged particle inside an electric field with applications to nuclear reactors and plasmas, and even as a
universal model for nonlinear resonance [14]. Other fields of application, for example, are the Josephson superconducting
unions [15–17], modelling of structural and electronic properties in condensed matter physics [18] and in celestial
mechanics, especially related to the stability of the solar system [19], just to mention a few examples. A good
source of examples mostly related to mechanical engineering and mechanics are found in the book by Moon [20].
Another reference, which is basically dedicated to many phenomena associated to pendula, including many application
บทคัดย่อกระบวนทัศน์ในการศึกษาการแกว่งและปรากฏการณ์อื่น ๆ ในสาขาฟิสิกส์ และไม่เชิงเส้นเป็นลูกตุ้มอย่างง่ายdynamics อธิบายทำไมมันมีสมควรได้รับความสนใจมาก จากหลายมุมมอง เป็นเวลานาน ที่นี่ เราพยายามเพื่ออธิบายสิ่งที่เราเรียกเป็นเมจแบบทั่วไป perturbed ลูกตุ้ม ซึ่งประกอบด้วย ในรูปแบบเดียว สถานการณ์รู้จักมากมายเกี่ยวข้องกับ pendula รวมทั้งการบังคับแตกต่างกันและเงื่อนไข damping ไม่เชิงเส้น วิเคราะห์ Melnikov ใช้กับรุ่นนี้ด้วยผลลัพธ์ของสูตรทั่วไปในลักษณะของการเคลื่อนไหววุ่นวายที่หลายกรณีโดยเฉพาะในความรู้สึกนี้ เราให้มุมมองรวมของลูกตุ้ม2002 Elsevier วิทยาศาสตร์ จำกัด สงวนลิขสิทธิ์ทั้งหมด1. บทนำตั้งแต่เวลากาลิเลโอ [1], ลูกตุ้มมีทะลักวัตถุทางกายภาพ สถาน physicists และกลายเป็นหนึ่งของ paradigms ในวิชาฟิสิกส์และปรากฏการณ์ธรรมชาติ ในกรอบของ dynamics ไม่เชิงเส้น มีไม่สงสัยว่า ลูกตุ้มที่เป็นวัตถุที่มีสมควรได้รับความสนใจเพิ่มมากขึ้นในการสร้างแบบจำลองชนิดทั้งหมดของปรากฏการณ์ อย่างใดอย่างหนึ่งเกี่ยวข้องกับแกว่ง bifurcations และความวุ่นวาย ความสำคัญของคณิตศาสตร์ paradigmatic ได้แล้วยังชี้ให้เห็น[2] ความสนใจมาไม่เพียงจากค่า intrinsic เป็นอย่างโดดเด่นเพื่อทดสอบ และค้นหาปรากฏการณ์ใหม่ แต่นอกจากนี้จากความหลากหลายของความเกี่ยวข้องของจากทฤษฎีมอง การศึกษาอาจถูกพิจารณาว่าน่าสนใจพื้นฐาน ที่ใหม่แล้วในขณะที่ (ตัวอย่าง ในความมั่นคงของ pendula ตามทฤษฎีบทที่พิสูจน์ โดย Acheson [3-6]), และทั้งหมดครั้งเดียวpendula ควบคู่เป็นชุดของ pendula เช่นลูกตุ้มคู่ [7,8], หรือแม้แต่เครือข่ายของ pendulaใช้จากมุมมองที่แตกต่างกันมากและวิธี [9-11] ตัวอย่างหนึ่งของผลลัพธ์ใหม่น่าสนใจกับตัวนี้ระบบที่อ้างอิงถึงคุณสมบัติ Wada ที่ถูกศึกษาอย่างละเอียดสำหรับลูกตุ้มบังคับใน [12,13], และมีการดำเนินการมี unpredictability ของระบบ แม้มี attractors อย่างเป็นครั้งคราว ในทางกลับกัน มากหลายปรากฏการณ์ทางกายภาพอาจจะ modelled เป็น pendula ทั้งนี้เนื่องจากปัญหาใน oscillatory อาจจะลดลงในบางวิธีสมการของลูกตุ้ม หนึ่งอาจโต้เถียงว่า เป็นชนิดของหน่วย oscillatory มันอาจพบเกือบทุกตำแหน่งที่เกิดการแกว่ง นอกจากกรณีคุ้นเคยซึ่งปรากฏในกลศาสตร์ มีการใช้การแบบจำลองอนุภาค charged ภายในมีสนามไฟฟ้ากับเตาปฏิกรณ์นิวเคลียร์และ plasmas และเป็นการรูปแบบสากลสำหรับการสั่นพ้องไม่เชิงเส้น [14] เขตข้อมูลของโปรแกรมประยุกต์ ตัวอย่าง มี Josephson superconductingสหภาพแรงงาน [15-17], แบบจำลองของโครงสร้าง และอิเล็กทรอนิกส์คุณสมบัติในเรื่องบีบฟิสิกส์ [18] และ ในท้องฟ้ากลศาสตร์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่เกี่ยวข้องกับความมั่นคงของระบบพลังงานแสงอาทิตย์ [19], จะพูดถึงตัวอย่าง ดีแหล่งที่มาของตัวอย่างส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับวิศวกรรมเครื่องกล และกลศาสตร์พบในสมุด โดยพระจันทร์ [20]ข้อมูลอ้างอิงอื่น ซึ่งโดยทั่วไปจะทุ่มเทเพื่อหลายปรากฏการณ์ที่เกี่ยวข้องกับ pendula รวมถึงโปรแกรมประยุกต์จำนวนมาก
การแปล กรุณารอสักครู่..
