Векторное поле и его характеристики.
Векторным полем называют часть пространства, каждой точке которого ставится в соответствие вектор
. В декартовых координатах
,
где – проекции
на координатные оси.
Геометрически векторное поле можно изобразить векторными линиями (это кривые, в каждой точке которых касается этих линий) Дифференциальные уравнения векторных линий
.
Определение. Потоком векторного поля через поверхность
называют поверхностный интеграл
, (53)
где – единичный вектор нормали к
, указывающий избранную сторону поверхности. С учетом
,
, получим формулы для вычисления потока
Если представляет поле скоростей текущей жидкости, то П равен количеству жидкости, протекающей через
за единицу времени.
Предел отношения потока векторного поля через замкнутую поверхность к объему, ограниченному
, когда
стягивается в точку
, называют дивергенцией (или расходимостью) поля в точке
:
.
В декартовых координатах:
(54)
Поток через замкнутую поверхность можно вычислить по формуле Остроградского–Гаусса:
(55)
Определение. Криволинейный интеграл вектора вдоль замкнутой кривой
называют циркуляцией вектора по этой кривой.
, (56)
где касательный к
,
.
Если – сила, действующая на материальную точку,
– траектория этой точки, то
– составляющая
, равна силе, направленной по касательной и действующей на элемент контура
, тогда
– суммарная сила, действующая на весь контур и направленная так, что каждую точку контура она стремится сдвинуть по касательной к контуру в этой точке, то есть циркуляция поля силы характеризует вращательную способность поля на контуре.
Определение. Плотностью циркуляции в точке
в данном направлении
называют предел отношения циркуляции поля по контуру
, окружающему точку
и лежащему в плоскости
, к площади
, ограниченной
, когда контур
стягивается в точку
:
Определение. Ротором поля в данной точке называют вектор проекция которого на любое направление равна плотности циркуляции поля в данной точке по тому же направлению.
В координатной форме
(57)
Циркуляцию можно вычислить по формуле Стокса
, (58)
где – поверхность, натянутая на контур
.
В координатной форме