Existence of Liouvillian solutions in the problem of motion of a heavy rigid body with a fixed point under the action of gyroscopic forces in the Hess case

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The paper studies the problem of motion of a rigid body about a fixed point under the action of gravity and gyroscopic forces in the Hess integrability case. It is shown, that the solution of the problem is reduced to the integration of the second – order linear differential equation with rational coefficients. Using the Kovacic algorithm, we obtain the conditions on the parameters of the problem under which we can find the general solution of the corresponding second order linear differential equation in explicit form. It is also shown that in the case when the rigid body with a fixed point moves under the action of only gyroscopic forces, the general solution of the corresponding linear differential equation can be found in explicit form for any values of parameters of the problem.

About the authors

A. S. Kuleshov

Lomonosov Moscow State University

Email: alexander.kuleshov@math.msu.ru
Moscow, Russia

A. D. Skripkin

Lomonosov Moscow State University

Author for correspondence.
Email: alexander.kuleshov@math.msu.ru
Moscow, Russia

References

  1. Hess W.Ueber die Euler'schen Bewegungsgleichungen und ueber eine neue partikulare Losung des Problems der Bewegung eines starren Korpers um einen festen Punkt // Math. Ann., 1890, vol. 37, no. 2, pp. 153–181.
  2. Nekrasov P.A.On the problem of motion of a heavy rigid body about a fixed point // Mat. Sb., 1892, vol. 16, no. 3, pp. 508–517. (in Russian)
  3. Nekrasov P.A.Recherches analytiques sur un cas de rotation d'un solide pesant autour d'un point fixe // Math. Ann., 1896, vol. 47, pp. 445–530.
  4. Golubev V.V.Lectures on Integration of the Equations of Motion of a Rigid Body about a Fixed Point. Israel: Israeli Progr. for Sci. Transl., 1960. 287 p.
  5. Dokshevich A.I.Solutions in a Finite Form of the Euler – Poisson Equations. Kiev: Naukova Dumka, 1992. 168 p. (in Russian)
  6. Borisov A.V., Mamaev I.S.Rigid Body Dynamics. Berlin; Boston: Higher Education Press and Walter de Gruyter GmbH, 2019. 521 p.
  7. Gashenenko I.N., Gorr G.V., Kovalev A.M.Classical Problems in the Dynamics of Rigid Body. Kiev: Naukova Dumka, 2012. 401 p. (in Russian)
  8. Kovalev A.M.The moving angular velocity hodograph in Hess’ solution of the problem of motion of a body with a fixed point // JAMM, 1968, vol. 32, iss. 6, pp. 1129–1137.
  9. Kovalev A.M.Motion of a body in the Hess case // Mech. of Solids. Resp. Mezhved. Sb., 1969, vol. 1, pp. 12–27. (in Russian)
  10. Emel’yanova I.S.One case of solving the Hess problem in trigonometric functions//Rus. Math., 1998, vol. 42, no. 3, pp. 7–12.
  11. Borisov A.V., Mamaev I.S. The Hess case in rigid-body dynamics // JAMM, 2003, vol. 67, no. 2, pp. 227–235.
  12. Belyaev A.V.On the general solution of the problem of the motion of a heavy rigid body in the Hess case//Sb.Math.,2015, vol. 206, no. 5, pp. 621–649.
  13. Bizyaev I.A., Borisov A.V., Mamaev I.S.The Hess–Appelrot system and its nonholonomic analogs // Proc. Steklov Inst. Math., 2016, vol. 294, pp. 252–275.
  14. Gashenenko I.N.The periodic motions of a rigid body in the Hess case // Mech. of Solids. Resp. Mezhved. Sb., 2012, vol. 42, pp. 14–25.
  15. Kholostova O.V.On the dynamics of a rigid body in the Hess case at high-frequency vibrations of a suspension point // Rus. J. of Nonlin. Dyn., 2020, vol. 16, no. 1, pp. 59–84.
  16. Sretenskii L.N.Some integrability cases for the equations of gyrostat motion // Dokl. Akad. Nauk SSSR, 1963, vol. 149, no. 2, pp. 292–294.
  17. Lunev V.V.Integrable cases in the problem of the motion of a heavy rigid body with a fixed point in a Lorentz force field // Sov. Phys., Dokl., 1984, vol. 29, pp. 297–298.
  18. Samsonov V.A.On the rotation of a body in a magnetic field// Akademiia Nauk SSSR, Izvestiia, Mekhanika Tverdogo Tela. 1984, no. 4, pp. 32–34.
  19. Kozlov V.V.The problem of the rotation of a rigid body in a magnetic field // Akademiia Nauk SSSR, Izvestiia, Mekhanika TverdogoTela, 1985, no. 6, pp. 28–33.
  20. Kosov A.A.On analogues of the Hess case for a gyrostat under the action of the moment of gyroscopic and circular forces // Mech. Solids, 2022, vol. 57, no. 6, pp. 1848–1861.
  21. Kovacic J.An algorithm for solving second order linear homogeneous differential equations // J. Symb. Comp., 1986, vol. 2. pp. 3–43.
  22. Bardin B.S., Kuleshov A.S.The Kovacic Algorithm and its Applications to the Problems of Classical Mechanics. Moscow: Moscow Aviation Inst., 2020, 260 p. (in Russian)
  23. Kuleshov A.S.Application of the Kovacic algorithm to the study of the motion of a heavy rigid body with a fixed point in the Hess case //Itogi Nauki I Tekhn. Ser. Modern Mathem.&Its Appl. Thematic Rev., 2021, vol. 202, pp. 10–42.
  24. Bardin B.S., Kuleshov A.S.Application of the Kovacic algorithm for the investigation of motion of a heavy rigid body with a fixed point in the Hess case // ZAMM, 2022, vol. 102, no. 11.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».