Vektorske operacije u zakrivljenim koordinatama

Izvor: testwiki
Prijeđi na navigaciju Prijeđi na pretraživanje

Ovo je popis najbitnijih relacija i operacija vektorskog računa u sfernom, cilindričnom, paraboličnom i kartezijevu sustavu.

Operacija Kartezijeve koordinate (x,y,z) Cilindrične koordinate (ρ,φ,z) Sferne koordinate (r,ϑ,φ) Parabolične koordinate (σ,τ,z)
Definicija
koordinata
ρ=x2+y2φ=arctan(y/x)z=z x=ρcosφy=ρsinφz=z x=rsinϑcosφy=rsinϑsinφz=rcosϑ x=στy=12(τ2σ2)z=z
r=x2+y2+z2ϑ=arccos(z/r)φ=arctan(y/x) r=ρ2+z2ϑ=arctan(ρ/z)φ=φ ρ=rsin(ϑ)φ=φz=rcos(ϑ) ρcosφ=στρsinφ=12(τ2σ2)z=z
Definicija
jediničnih
vektora
ρ^=xρ𝐱^+yρ𝐲^φ^=yρ𝐱^+xρ𝐲^𝐳^=𝐳^ 𝐱^=cosφρ^sinφφ^𝐲^=sinφρ^+cosφφ^𝐳^=𝐳^ 𝐱^=sinϑcosφ𝒓^+cosϑcosφϑ^sinφφ^𝐲^=sinϑsinφ𝒓^+cosϑsinφϑ^+cosφφ^𝐳^=cosϑ𝒓^sinϑϑ^ σ^=ττ2+σ2𝐱^στ2+σ2𝐲^τ^=στ2+σ2𝐱^+ττ2+σ2𝐲^𝐳^=𝐳^
𝐫^=x𝐱^+y𝐲^+z𝐳^rϑ^=xz𝐱^+yz𝐲^ρ2𝐳^rρφ^=y𝐱^+x𝐲^ρ 𝐫^=ρrρ^+zr𝐳^ϑ^=zrρ^ρr𝐳^φ^=φ^ ρ^=sinϑ𝐫^+cosϑϑ^φ^=φ^𝐳^=cosϑ𝐫^sinϑϑ^
A vektorsko polje 𝐀 Ax𝐱^+Ay𝐲^+Az𝐳^ Aρρ^+Aφφ^+Az𝒛^ Ar𝒓^+Aϑϑ^+Aφφ^ Aσσ^+Aττ^+Aφ𝒛^
Gradijent f fx𝐱^+fy𝐲^+fz𝐳^ fρρ^+1ρfφφ^+fz𝒛^ fr𝒓^+1rfϑϑ^+1rsinϑfφφ^ 1σ2+τ2fσσ^+1σ2+τ2fττ^+fz𝒛^
Divergencija 𝐀 Axx+Ayy+Azz 1ρ(ρAρ)ρ+1ρAφφ+Azz 1r2(r2Ar)r+1rsinϑϑ(Aϑsinϑ)+1rsinϑAφφ 1σ2+τ2Aσσ+1σ2+τ2Aττ+Azz
Rotacija ×𝐀 (AzyAyz)𝐱^+(AxzAzx)𝐲^+(AyxAxy)𝐳^  (1ρAzφAφz)ρ^+(AρzAzρ)φ^+1ρ((ρAφ)ρAρφ)𝒛^  1rsinϑ(ϑ(Aφsinϑ)Aϑφ)𝒓^+1r(1sinϑArφr(rAφ))ϑ^+1r(r(rAϑ)Arϑ)φ^  (1σ2+τ2AzτAτz)σ^(1σ2+τ2AzσAσz)τ^+1σ2+τ2((ρAφ)ρAρφ)𝒛^ 
Laplasijan Δf=2f 2fx2+2fy2+2fz2 1ρρ(ρfρ)+1ρ22fφ2+2fz2 1r2r(r2fr)+1r2sinϑϑ(sinϑfϑ)+1r2sin2ϑ2fφ2 1σ2+τ2(2fσ2+2fτ2)+2fz2
Vekotrski laplasijan Δ𝐀=2𝐀 ΔAx𝐱^+ΔAy𝐲^+ΔAz𝐳^ (ΔAρAρρ22ρ2Aφφ)ρ^+(ΔAφAφρ2+2ρ2Aρφ)φ^+(ΔAz)𝒛^  (ΔAr2Arr22r2sinϑ(Aϑsinϑ)ϑ2r2sinϑAφφ)𝒓^+(ΔAϑAϑr2sin2ϑ+2r2Arϑ2cosϑr2sin2ϑAφφ)ϑ^+(ΔAφAφr2sin2ϑ+2r2sinϑArφ+2cosϑr2sin2ϑAϑφ)φ^
Element duljine d𝐥=dx𝐱^+dy𝐲^+dz𝐳^ d𝐥=dρρ^+ρdφφ^+dz𝒛^ d𝐥=dr𝐫^+rdϑϑ^+rsinϑdφφ^ d𝐥=σ2+τ2dσσ^+σ2+τ2dττ^+dz𝒛^
Element površine d𝐒=dydz𝐱^+dxdz𝐲^+dxdy𝐳^ d𝐒=ρdφdzρ^+dρdzφ^+ρdρdφ𝐳^ d𝐒=r2sinϑdϑdφ𝐫^+rsinϑdrdφϑ^+rdrdϑφ^ d𝐒=σ2+τ2,dτdzσ^+σ2+τ2dσdzτ^+σ2+τ2dσ,dτ𝐳^
Element obujma dV=dxdydz dV=ρdρdφdz dV=r2sinϑdrdϑdφ dV=(σ2+τ2)dσdτdz,
Netrivijalne kombinacije vektorskih operacija:
  1. div grad f=(f)=2f=Δf (laplasijan)
  2. rot grad f=×(f)=𝟎
  3. div rot 𝐀=(×𝐀)=0
  4. rot rot 𝐀=×(×𝐀)=(𝐀)2𝐀
  5. Δfg=fΔg+2fg+gΔf

Vezani pojmovi