Nabla in verschillende assenstelsels

Uit testwiki
Versie door imported>CasparusJeronimus op 18 apr 2023 om 20:15 (cylindrisch > cilindrisch)
(wijz) ← Oudere versie | Huidige versie (wijz) | Nieuwere versie → (wijz)
Naar navigatie springen Naar zoeken springen

Dit is een lijst van enkele formules uit vectoranalyse voor het werken met veelvoorkomende kromlijnige coördinatenstelsels: cartesische coördinaten, cilindercoördinaten, bolcoördinaten.

Conversies tussen stelsels

conversies tussen cartesische, cilinder- en bolcoördinaten[1]
van
cartesisch cilindrisch bol
naar cartesisch x=xy=yz=z x=ρcosφy=ρsinφz=z x=rsinθcosφy=rsinθsinφz=rcosθ
cilindrisch ρ=x2+y2φ=arctan(yx)z=z ρ=ρφ=φz=z ρ=rsinθφ=φz=rcosθ
bol r=x2+y2+z2θ=arctan(x2+y2z)φ=arctan(yx) r=ρ2+z2θ=arctan(ρz)φ=φ r=rφ=φθ=θ

Conversies tussen eenheidsvectoren

conversies tussen eenheidsvectoren in cartesische, cilindrische en bolcoördinaten in termen van bestemmingscoördinaten[1]
cartesische cilindrische bol
cartesische Sjabloon:N/a 𝐱^=cosφρ^sinφφ^𝐲^=sinφρ^+cosφφ^𝐳^=𝐳^ 𝐱^=sinθcosφ𝐫^+cosθcosφθ^sinφφ^𝐲^=sinθsinφ𝐫^+cosθsinφθ^+cosφφ^𝐳^=cosθ𝐫^sinθθ^
cilindrische ρ^=x𝐱^+y𝐲^x2+y2φ^=y𝐱^+x𝐲^x2+y2𝐳^=𝐳^ Sjabloon:N/a ρ^=sinθ𝐫^+cosθθ^φ^=φ^𝐳^=cosθ𝐫^sinθθ^
bol 𝐫^=x𝐱^+y𝐲^+z𝐳^x2+y2+z2θ^=(x𝐱^+y𝐲^)z(x2+y2)𝐳^x2+y2+z2x2+y2φ^=y𝐱^+x𝐲^x2+y2 𝐫^=ρρ^+z𝐳^ρ2+z2θ^=zρ^ρ𝐳^ρ2+z2φ^=φ^ Sjabloon:N/a
conversies tussen eenheidsvectoren in cartesische, cilindrische en bolcoördinaten in termen van oorsprongscoördinaten
cartesische cilindrische bol
cartesische Sjabloon:N/a 𝐱^=xρ^yφ^x2+y2𝐲^=yρ^+xφ^x2+y2𝐳^=𝐳^ 𝐱^=x(x2+y2𝐫^+zθ^)yx2+y2+z2φ^x2+y2x2+y2+z2𝐲^=y(x2+y2𝐫^+zθ^)+xx2+y2+z2φ^x2+y2x2+y2+z2𝐳^=z𝐫^x2+y2θ^x2+y2+z2
cilindrische ρ^=cosφ𝐱^+sinφ𝐲^φ^=sinφ𝐱^+cosφ𝐲^𝐳^=𝐳^ Sjabloon:N/a ρ^=ρ𝐫^+zθ^ρ2+z2φ^=φ^𝐳^=z𝐫^ρθ^ρ2+z2
bol 𝐫^=sinθ(cosφ𝐱^+sinφ𝐲^)+cosθ𝐳^θ^=cosθ(cosφ𝐱^+sinφ𝐲^)sinθ𝐳^φ^=sinφ𝐱^+cosφ𝐲^ 𝐫^=sinθρ^+cosθ𝐳^θ^=cosθρ^sinθ𝐳^φ^=φ^ Sjabloon:N/a

Formules met de gradiënt

Tabel met nabla-operator in cartesische, cilindrische en bolcoördinaten
operatie cartesische coördinaten (x, y, z) cilindercoördinaten (ρ, φ, z) bolcoördinaten (r, θ, φ), waar φ de azimutale en θ de polaire hoek is[2]
vectorveld A Ax𝐱^+Ay𝐲^+Az𝐳^ Aρρ^+Aφφ^+Az𝐳^ Ar𝐫^+Aθθ^+Aφφ^
gradiënt f[1] fx𝐱^+fy𝐲^+fz𝐳^ fρρ^+1ρfφφ^+fz𝐳^ fr𝐫^+1rfθθ^+1rsinθfφφ^
divergentie ∇ ⋅ A[1] Axx+Ayy+Azz 1ρ(ρAρ)ρ+1ρAφφ+Azz 1r2(r2Ar)r+1rsinθθ(Aθsinθ)+1rsinθAφφ
rotatie ∇ × A[1] (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^
laplace-operator 2f ≡ ∆f[1] 2fx2+2fy2+2fz2 1ρρ(ρfρ)+1ρ22fφ2+2fz2 1r2r(r2fr)+1r2sinθθ(sinθfθ)+1r2sin2θ2fφ2
vector Laplaciaan 2A ≡ ∆A 2Ax𝐱^+2Ay𝐲^+2Az𝐳^ (2AρAρρ22ρ2Aφφ)ρ^+(2AφAφρ2+2ρ2Aρφ)φ^+2Az𝐳^ (2Ar2Arr22r2sinθ(Aθsinθ)θ2r2sinθAφφ)𝐫^+(2AθAθr2sin2θ+2r2Arθ2cosθr2sin2θAφφ)θ^+(2AφAφr2sin2θ+2r2sinθArφ+2cosθr2sin2θAθφ)φ^

Rekenregels

  1. divgradff2f
  2. rotgradf×f=𝟎
  3. divrot𝐀(×𝐀)=0
  4. rotrot𝐀×(×𝐀)=(𝐀)2𝐀, Lagrange's formule voor de gradiënt
  5. 2(fg)=f2g+2fg+g2f

Sjabloon:Appendix

  1. 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 DJ Griffiths. Introduction to Electrodynamics, 2012. isbn 978-0-321-85656-2
  2. Deze pagina gebruikt θ voor de polaire hoek en φ voor de azimutale hoek. Dat is de gebruikelijke notatie voor natuurkunde. De bron voor deze formules gebruikt θ voor de azimutale hoek en φ voor de polaire hoek, dat is de gebruikelijke wiskundige notatie. Om de wiskundige variant te krijgen, verwissel θ en φ in de bovenstaande tabel.