1.1 Sfäriska koordinater

Relevanta dokument
1.1 Gradienten i kroklinjiga koordinatsystem

TATA44 Lösningar 26/10/2012.

Skriftlig tentamen i Elektromagnetisk fältteori för π3 (ETEF01) och F3 (ETE055)

Lösningar till uppgifter i magnetostatik

Gauss och Stokes analoga satser och fältsingulariteter: källor och virvlar Mats Persson

1 e x2. lim. x ln(1 + x) lim. 1 (1 x 2 + O(x 4 )) = lim. x 0 x 2 /2 + O(x 3 ) x 2 + O(x 4 ) = lim. 1 + O(x 2 ) = lim = x = arctan x 1

Lösningar till tentamen i EF för π3 och F3

Tentamen i Elektromagnetisk fältteori för π3 och Modellering och simulering inom fältteori för F3, 29 augusti, 2008, kl

Lösningar till tentamen i EF för π3 och F3

Lösningsskiss för tentamen Vektorfält och klassisk fysik (FFM234 och FFM232)

Lösningar till repetitionstentamen i EF för π3 och F3

Tyngdkraftfältet runt en (stor) massa i origo är. F(x, y, z) =C (x 2 + y 2 + z 2 ) 3 2

SF1626 Flervariabelanalys Tentamen 8 juni 2011, Svar och lösningsförslag

19 Integralkurvor, potentialer och kurvintegraler i R 2 och R 3

1.1 Stokes sats. Bevis. Ramgard, s.70

TATA44 ösningar till tentamen 13/01/ ) Paraboloiden z = 2 x 2 y 2 skär konen z = x 2 + y 2 då x 2 + y 2 = 2 x 2 y 2. Med

Föreläsning 13, SF1626 Flervariabelanalys

Kroklinjiga koordinater och räkning med vektoroperatorer. Henrik Johanneson/(Mats Persson)

93FY51/ STN1 Elektromagnetism Tenta : svar och anvisningar

Sfärisk trigonometri

TATA44 Lösningar 24/8/ ) Låt S vara den del av x 2 + y 2 + z 2 = 2 innanför cylindern x 2 + y 2 = 1. Inför cylinderkoordinater.

Mängder i R n. Funktioner från R n till R p

Vektoranalys III. Anders Karlsson. Institutionen för elektro- och informationsteknik

Vektoranalys I. Anders Karlsson. Institutionen för elektro- och informationsteknik

9. Bestämda integraler

EGENVÄRDEN och EGENVEKTORER

Potentialteori Mats Persson

10. Tillämpningar av integraler

6 Greens formel, Stokes sats och lite därtill

Tentamen i Analys B för KB/TB (TATA09/TEN1) kl 08 13

Några integraler. Kjell Elfström. x = f 1 (y) = arcsin y. . 1 y 2 Vi låter x och y byta roller och formulerar detta resultat som en sats: cos x = 1


Skriftlig tentamen i Elektromagnetisk fältteori för π3 (ETEF01) och F3 (EITF85)

FFM234, Klassisk fysik och vektorfält - Föreläsningsanteckningar

ORTONORMERAT KOORDINAT SYSTEM. LÄNGDEN AV EN VEKTOR. AVSTÅND MELLEN TVÅ PUNKTER. MITTPUNKT. TYNGDPUNKT. SFÄR OCH KLOT.

Volym och dubbelintegraler över en rektangel

Trigonometri. 2 Godtyckliga trianglar och enhetscirkeln 2. 3 Triangelsatserna Areasatsen Sinussatsen Kosinussatsen...

Analys o 3D Linjär algebra. Lektion 16.. p.1/53

24 Integraler av masstyp

1 Föreläsning IX, tillämpning av integral

ORTONORMERADE BASER I PLAN (2D) OCH RUMMET (3D) ORTONORMERAT KOORDINAT SYSTEM

TATA42: Föreläsning 12 Rotationsarea, tyngdpunkter och Pappos-Guldins formler

Läsanvisningar till kapitel

Sammanfattning, Dag 9

13 Generaliserade dubbelintegraler

Volum av rotationskroppar. Båglängd, rotationsytor. Adams 7.1, 7.2, 7.3

Lösningar till tentamen i Elektromagnetisk fältteori för Π3 & F3

Skriftlig tentamen i Elektromagnetisk fältteori för π3 (ETEF01) och F3 (ETE055)

SF1669 Matematisk och numerisk analys II Lösningsförslag till tentamen DEL A. r cos t + (r cos t) 2 + (r sin t) 2) rdrdt.

Sats 3: Egenskaper. (a) (b) f(x) dx = 2 f(x) dx. (c) (Af(x) + Bg(x))dx. g(x) dx = A. (d) (e) Om a b och f(x) g(x) (f) Triangelolikheten: Om a b

FFM234, Klassisk fysik och vektorfält - Föreläsningsanteckningar

Diskreta stokastiska variabler

N atom m tot. r = Z m atom

Rätt svar (1p): u A. α β A B. u B. b) (max 3p) I början har endast puck A rörelseenergi: E AB,i = 1 2 m Av 2 A = 1 2 m Au 2 A

Uppsala Universitet Matematiska Institutionen Thomas Erlandsson

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

Komplexa tal. j 2 = 1

a sin 150 sin 15 BC = BC AB 1.93 D C 39º 9.0

Tavelpresentation grupp 5E

TMV151/TMV181. Fredrik Lindgren. 19 november 2013

SF1625 Envariabelanalys

Definition. En cirkel är mängden av de punkter i planet vars avstånd till en given punkt är

MATEMATIKPROV, LÅNG LÄROKURS BESKRIVNING AV GODA SVAR

LÖSNINGAR TILL PROBLEM I KAPITEL 4. Masscentrums x-koordinat för den sammansatta kroppen är allmänt. 1 g1 2 g2 3 g3 4 g4.

x = x = x = x=3 x=5 x=6 42 = 10x x + 10 = 15 x = = 20 x = 65 x + 36 = 46

Tentamen i Elektromagnetisk fältteori för π3 och Modellering och simulering inom fältteori för F3, 17 december, 2007, kl. 8 13, lokal: Gasque

FFM234, Klassisk fysik och vektorfält - Föreläsningsanteckningar

TATA42: Föreläsning 11 Kurvlängd, area och volym

Föreläsning 7: Trigonometri

Tentamen Modellering och simulering inom fältteori, 8 januari, 2007

FFM234, Klassisk fysik och vektorfält - Föreläsningsanteckningar

16 Area- och volymberäkningar, areor av buktiga

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

============================================================ V1. Intervallet [a,b] är ändligt, dvs gränserna a, b är reella tal och INTE ±.

Tentamen för FYSIK (TFYA68), samt ELEKTROMAGNETISM (TFYA48, 9FY321)

LINJÄR ALGEBRA II LEKTION 1

INLEDNING: Funktioner (=avbildningar). Beteckningar och grundbegrepp

= 0. Båda skärningsvinklarna är således π/2 (ortogonala riktningsvektorer).

Materiens Struktur. Lösningar

SF1625 Envariabelanalys

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

Definition. En cirkel är mängden av de punkter i planet vars avstånd till en given punkt är (*)

Finaltävling den 20 november 2010

HF1703, Inledande matematik (Byggproduktion) DEN TRIGONOMETRISKA ENHETSCIRKELN OCH TRIGONOMETRISKA FUNKTIONER

93FY51/ STN1 Elektromagnetism Tenta : svar och anvisningar

Användande av formler för balk på elastiskt underlag

Tentamen ellära 92FY21 och 27

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

Lösningsförslag till tentamen Torsdag augusti 16, 2018 DEL A

SF1626 Flervariabelanalys Tentamen Torsdagen den 20 augusti 2015

Formelsamling. Elektromagnetisk fältteori för F och Pi ETE055 & ETEF01

Den vanliga koordinaterna, betecknas (x, y, z) med enhetsvektorerna î, ĵ och. z k

Om stationära flöden och Gauss sats i planet

Vektoranalys II. Anders Karlsson. Institutionen för elektro- och informationsteknik

Integration m.a.p. t av båda led ger. Lektion 13, Flervariabelanalys den 15 februari x(t) x(0) = log y(t) log y(0) = log.

Tentamen 1 i Matematik 1, HF dec 2016, kl. 8:00-12:00

SF1626 Flervariabelanalys Tentamen Måndagen den 16 mars 2015

Dubbelintegraler och volymberäkning

Tenta svar. E(r) = E(r)ˆr. Vi tillämpar Gauss sats på de tre områdena och väljer integrationsytan S till en sfär med radie r:

Grundläggande matematisk statistik

Transkript:

Föreläsning 3 Mång fysiklisk problem hr någon slgs symmetri. Mest vnligt förekommnde är sfärisk cylinisk. Det visr sig tt mn kn förenkl beräkningr betydligt om mn nvänder sfärisk /eller cylinisk koordinter.. Sfärisk koordinter För tt inför sfärisk koordinter är det bekvämt tt nt tt vi från börjn hr crtesisk koordinter x, y, z i rummet R 3. Sfärisk koordintern r, θ ϕ definiers som tt r är vståndet till origo, r 0, θ är vinkeln melln z xeln r, 0 θ π, ϕ är vinkeln meln x xeln vektorn x, y, 0), 0 ϕ < 2π. Med hjälp v definitionen kn mn vis det följnde smbndet melln crtesisk sfärisk koordintern: x = r sin θ cos ϕ y = r sin θ sin ϕ z = r cos θ Koordintlinjer. Det finns tre sorter v koordintlinjer: θ = θ 0 ϕ = ϕ 0 r kurv hlvlinje), r = r 0, θ = θ 0 r = r 0, ϕ = ϕ 0 ϕ kurv cirkel), θ kurv hlvcirkel). Betrkt en punkt P med de sfärisk koordintern r 0, θ 0 ϕ 0. Vi kn r kurvn, θ kurvn ϕ kurvn genom den här punkten. Dess kurvorn är ortogonl mot vrn. Vi räknr ut tngentern i punkten r 0, θ 0, ϕ 0. r- kurvn ges v x = r sin θ 0 cos ϕ 0 y = r sin θ 0 sin ϕ 0 z = r cos θ 0 tngenten är θ kurvn ges v =, dy, ) = sin θ 0 cos ϕ 0, sin θ 0 sin ϕ 0, cos θ 0 ), x = r 0 sin θ cos ϕ 0 y = r 0 sin θ sin ϕ 0 z = r 0 cos θ

tngenten är dθ = dθ, dy dθ, ) = r 0 cos θ 0 cos ϕ 0, r 0 cos θ 0 sin ϕ 0, r 0 sin θ 0 ), dθ ϕ kurvn ges v tngenten är x = r 0 sin θ 0 cos ϕ y = r 0 sin θ 0 sin ϕ z = r 0 cos θ 0 =, dy, ) = r 0 sin θ 0 sin ϕ 0, r 0 sin θ 0 cos ϕ 0, 0) Mn kn kontroller tt tngentvektorern är ortogonl. Ders längdr beteckns som h r, h θ h ϕ klls sklfktorer. Vi hr Därför är = sin2 θ 0 cos 2 ϕ 0 + sin 2 θ 0 sin 2 ϕ 0 + cos 2 θ 0 =, dθ dθ = r2 0 cos 2 θ 0 cos 2 ϕ 0 + r 2 0 cos 2 θ 0 sin 2 ϕ 0 + r 2 0 sin 2 θ 0 = r 2 0 = r2 0 sin 2 θ 0 sin 2 ϕ 0 + r 2 0 sin 2 θ 0 cos 2 ϕ 0 = r 2 0 sin 2 θ 0. h r =, h θ = r 0, h ϕ = r 0 sin θ 0. Normerr vi tngentvektorern får vi en ON-bs ˆr, ˆθ ˆϕ: ˆr = h r =, dy, ) = sin θ 0 cos ϕ 0, sin θ 0 sin ϕ 0, cos θ 0 ), ˆθ = h θ dθ = dθ, dy dθ, ) = cos θ 0 cos ϕ 0, cos θ 0 sin ϕ 0, sin θ 0 ) dθ ˆϕ = h ϕ =, dy, ) = r 0 sin θ 0 sin ϕ 0, r 0 sin θ 0 cos ϕ 0, 0) Observer tt bsen ˆr, ˆθ ˆϕ beror på θ 0 ϕ 0. Nu kn mn skriv om vektorfält i sfärisk koordinter. Ex. r = xˆx + yŷ + zẑ = r sin θ cos ϕˆx + r sin θ sin ϕŷ + r cos θẑ = rˆr Grvittionsfältet: A = C r r 3 = C ˆr r 2 2

injeintegrl i sfärisk koordinter. Mn kn nvänd sfärisk koordinter för tt räkn ut linjeintegrlen A = b A Vi skriver om vektorfältet A i sfärisk koordinter tngentvektorn: Alltså A = A rˆr + A θ ˆθ + Aϕ ˆϕ = r r + r dθ θ + r ϕ = h r ˆr + h dθ θ ˆθ + h ϕ ˆϕ = dθ ˆr + r ˆθ + r sin θ ˆϕ A = b A r + A θr dθ + A ϕr sin θ ) Mn ntr här tt kurvn är given i sfärisk koordinter som r = rt), θ = θt), ϕ = ϕt), t [, b]. Ex. åt vr segmentet melln 0, 0, R 0 ) 0, 0, R ), A vr grvittionsfältet C ˆr r. Vi prmetriserr i sfärisk koordinter som rt) = 2 R 0 +tr R 0 ), θ = 0 ϕ = 0, t [0, ]. Eftersom A r = C/r 2, A θ = A ϕ = 0 hr vi tt R R 0 A = C 0 r 2 = C 0 R 0 + tr R 0 )) 2 = C ) R R 0.2 Cylinisk koordinter Cylinisk koordintern ρ, ϕ z definiers som tt ρ är vståndet till z-xeln, ρ 0, ϕ är vinkeln meln x xeln vektorn x, y, 0), 0 ϕ < 2π z är smm som i crtesisk koordinter. Med hjälp v definitionen kn mn vis det följnde smbndet melln crtesisk cylinisk koordintern: x = ρ cos ϕ y = ρ sin ϕ z = z Koordintlinjer. Det finns tre sorter v koordintlinjer: ϕ = ϕ 0 z = z 0 ρ kurv hlvlinje), 3

tngenten är =, dy, ) = cos ϕ 0, sin ϕ 0, 0), tngenten är ρ = ρ 0, ϕ = ϕ 0 ρ = ρ 0, z = z 0 ϕ kurv cirkel), =, dy, ) = ρ sin ϕ 0, ρ cos ϕ 0, 0), z kurv rät linje, som är prllell med z-xeln) tngenten är =, dy, ) = 0, 0, ). Genom vrje punkt går koordintlinjer som skär vrn under rät vinkel. Därför är tngentvektorern ortogonl. Sklfktorern är h ρ = = h ϕ = = ρ h z = =. Nu kn vi få en ON-bs genom tt normer tngentvektorern: ˆρ = = cos ϕ, sin ϕ, 0), h ρ ˆϕ = = sin ϕ, cos ϕ, 0) h ϕ ẑ = = 0, 0, ). h z Kontroller direkt tt ˆρ, ˆϕ ẑ är en ON-bs. Ex.. r = xˆx + yŷ + zẑ = ρ cos ϕˆx + ρ sin ϕ ˆϕ + zẑ = ρˆρ + zẑ 2. Mgnetfältet runt en oändlig rk ledre längs z-xeln ges v B = y, x, 0) x 2 + y 2. 4

Eftersom hr vi tt yˆx + xŷ = ρ sin ϕˆx + ρ cos ϕŷ = ρ ˆϕ B = ρ ˆϕ. 3. Ant tt en oändligt lång tråd längs z xeln hr konstnt lddningstäthet. Det elektrisk fältet för tråden blir E = x, y, 0) x 2 + y 2 = ρ ˆρ. injeintegrl i cylinisk koordinter. Mn kn nvänd cylinisk koordinter för tt räkn ut linjeintegrlen A = b A. Vi skriver om vektorfältet A i cylinisk koordinter tngentvektorn: lltså A = A ρ ˆρ + A ϕ ˆϕ + A z ẑ = r ρ + r ϕ + r z = h ρ ˆρ + h ϕ ˆϕ + h z ẑ = ˆρ + ρ ˆϕ + ẑ, A = b A ρ + A ϕρ + A ) z Mn ntr här tt kurvn är given i cylinisk koordinter som ρ = ρt), ϕ = ϕt), z = zt), t [, b]. 5