Дифференциальные операторы в различных системах координат
Здесь приведён список векторных дифференциальных операторов в различных системах координат.
Общее выражение
Общее выражение для оператора ∇ в произвольной системе ортогональных координат можно записать так:
,
где "" - любой из трех значков, соответствующих действию оператора ∇:
- " " - градиент;
- " · " - дивергенция;
- " × " - ротор.
Элементы в этой записи соответствуют элементам радиус-вектора в соответствующей системе координат:
Иначе говоря, первым действием является взятие частной производной по проекции радиус-вектора от всего вектора (с учетом производных орт в данной системе координат), и лишь потом умножение (простое для градиента, скалярное для дивергенции и векторное для ротора) орта направления на .
При этом достаточно знать выражения:
- в цилиндрических координатах: и ;
- в сферических координатах: , , , и .
Например: в приведенной ниже таблице запись дивергенции в цилиндрических координатах получена следующим образом:
Таблица операторов
Здесь используются стандартные физические обозначения. Для сферических координат, θ обозначает угол между осью z и радиус-вектором точки, φ — угол между проекцией радиус-вектора на плоскость x-y и осью x.
Оператор | Прямоугольные координаты (x, y, z) |
Цилиндрические координаты (ρ, φ, z) |
Сферические координаты (r, θ, φ) |
Параболические координаты (σ, τ, z) |
---|---|---|---|---|
Формулы преобразования координат | ||||
Радиус-вектор произвольной точки | ||||
Связь единичных векторов | ||||
. | ||||
Векторное поле | ||||
Градиент | ||||
Дивергенция | ||||
Ротор | ||||
Оператор Лапласа | ||||
Векторный оператор Лапласа | ? | |||
Элемент длины | ||||
Элемент ориентированной площади | ||||
Элемент объёма |
Некоторые свойства
Выражения для операторов второго порядка:
- (Оператор Лапласа)
- (используя формулу Лагранжа для двойного векторного произведения)
См. также
- Оператор Д’Аламбера
- Ортогональные координаты
- Криволинейные координаты
- Метод координат
- Векторные поля в цилиндрической и сферической системах координат