Del i cylindriska och sfäriska koordinater

Det här är en lista över några vektorkalkylformler för att arbeta med vanliga kurvlinjära koordinatsystem .

Anteckningar

  • Den här artikeln använder standardnotationen ISO 80000-2 , som ersätter ISO 31-11 , för sfäriska koordinater (andra källor kan ändra definitionerna av θ och φ ):
    • Den polära vinkeln betecknas med : det är vinkeln mellan z -axeln och den radiella vektorn som förbinder origo med den aktuella punkten.
    • Den azimutala vinkeln betecknas med : det är vinkeln mellan x -axeln och projektionen av den radiella vektorn på xy -planet .
  • Funktionen atan2 ( y , x ) kan användas istället för den matematiska funktionen arctan ( y / x ) på grund av dess domän och bild . Den klassiska arktanfunktionen har en bild av (−π/2, +π/2) , medan atan2 är definierad att ha en bild av (−π, π] .

Koordinera konverteringar

Omvandling mellan kartesiska, cylindriska och sfäriska koordinater
Från
kartesiska Cylindrisk Sfärisk
Till kartesiska
Cylindrisk
Sfärisk

FÖRSIKTIGHET: operationen måste tolkas som den tvåargumentinversa tangenten, atan2 .

Enhetsvektoromvandlingar

, cylindriska och sfäriska koordinatsystem i termer av destinationskoordinater
kartesiska Cylindrisk Sfärisk
kartesiska
Cylindrisk
Sfärisk
, cylindriska och sfäriska koordinatsystem i termer av källkoordinater
kartesiska Cylindrisk Sfärisk
kartesiska
Cylindrisk
Sfärisk

Del formel

Tabell med deloperatorn i kartesiska, cylindriska och sfäriska koordinater
Drift Kartesiska koordinater ( x , y , z ) Cylindriska koordinater ( ρ , φ , z )
Sfäriska koordinater ( r , θ , φ ) , där θ är den polära vinkeln och φ är den azimutala vinkeln
Vektorfält A
Gradient f
Divergens ∇ ⋅ A
Curl ∇ ​​× A
Laplace-operator 2 f ≡ ∆ f
Vektorgradient A
Vektor Laplacian 2 A ≡ ∆ A

Materialderivat ( A ⋅ ∇) B

Tensor ∇ ⋅ T (inte att förväxla med 2:a ordningens tensordivergens )

Differentialförskjutning d
Differentialnormalarea d S
Differentialvolym dV
Denna sida använder för den polära vinkeln och för den azimutala vinkeln, vilket är vanlig notation inom fysik. Källan som används för dessa formler använder för azimutvinkeln och för den polära vinkeln, vilket är vanlig matematisk notation. För att få matematiska formler, byt och i formlerna som visas i tabellen ovan.

Beräkningsregler

  1. för del )

Kartesisk härledning

Nabla cartesian.svg

Uttrycken för och hittas på samma sätt.

Cylindrisk härledning

Nabla cylindrical2.svg

Sfärisk härledning

Nabla spherical2.svg

Enhetsvektoromvandlingsformel

Enhetsvektorn för en koordinatparameter u definieras på så sätt att en liten positiv förändring i u gör att positionsvektorn ändras i riktning.

Därför,

där s är båglängdsparametern.

För två uppsättningar koordinatsystem och enligt kedjeregeln ,

Nu isolerar vi den e komponenten. För , låt . Dela sedan på båda sidor med för att få:

Se även

externa länkar