Lengte van kromme in bolcoördinaten
- Berichten: 2.242
Lengte van kromme in bolco
Even opfrissen. Hoe toon ik aan dat een kromme die in bolcoördinaten gegeven wordt door
\(r = r(t), \ \ \theta = \theta (t), \ \ \varphi = \varphi (t), \ \ a \leq t \leq b\)
een lengte heeft gelijk aan\(\ell = \int\limits^b_a \sqrt{ \left( \frac{dr}{dt} \right)^2 + r^2 \sin^2 \theta \left( \frac{d \varphi}{dt} \right)^2 + \rho^2 \left( \frac{d \theta}{dt} \right)^2}dt\)
- Berichten: 24.578
Re: Lengte van kromme in bolco
Misschien zijn er handige, leuke (kortere) meetkundige manieren om hieraan te komen, maar die ken ik niet direct uit m'n hoofd en kan ik ook niet zo verzinnen. Wat in elk geval werkt, maar zeker geen leuk rekenwerk is (wél veel...), is het gewoon uitrekenen.
Het lijnelement in cartesische vorm is: ds² = dx²+dy²+dz²
En je hebt de transformatieformules naar bolcoördinaten...
Het lijnelement in cartesische vorm is: ds² = dx²+dy²+dz²
En je hebt de transformatieformules naar bolcoördinaten...
"Malgré moi, l'infini me tourmente." (Alfred de Musset)
- Berichten: 3.330
Re: Lengte van kromme in bolco
Er is zoals TD zegt veel rekenwerk voor nodig. Ik probeer het verloop aan te geven.
\(\left\{\begin{array}{lcl}x=r\sin{\theta}\cos{\phi}\\y=r\sin{\theta}\sin{\phi}\\z=r\cos{\theta}\end{array}\right\)
\(0<\theta<\pi\mbox{ en }0<\phi<2\pi\)
Plaatsvector:\(\vec{r}=xi+yj+zk\)
\(d\vec{r}=\frac{\partial{\vec{r}}}{\partial{r}}i+\mbox{zelfde \phi \ en\ \theta}\)
\(ds^2=d\vec{r}d\vec{r}=(dr)^2+r^2(d\theta)^2+r^2\sin^2{\theta}(d\phi)^2\)
. Na veel rekenwerk.\(ds=\sqrt{(\frac{dr}{dt})^2+r^2\(\frac{(d\theta}{dt})^2+r^2\sin^2{\theta}(\frac{d\phi}{dt})^2}\mbox{dt}\)
En nu efkens integreren Volgens mijn verstand kan er niets bestaan en toch bestaat dit alles?
- Berichten: 2.242
Re: Lengte van kromme in bolco
Bedankt!
Hoezo? In mijn vraag staat toch ook nog een integraal.kotje schreef:\(ds=\sqrt{(\frac{dr}{dt})^2+r^2\(\frac{(d\theta}{dt})^2+r^2\sin^2{\theta}(\frac{d\phi}{dt})^2}\mbox{dt}\)En nu efkens integreren
- Berichten: 3.330
Re: Lengte van kromme in bolco
Omdat de integraal over t'algemeen moeilijk zal zijn.
Ik heb wel een fout gemaakt in mijn afleiding er moet staan:
Ik heb wel een fout gemaakt in mijn afleiding er moet staan:
\(d\vec{r}=\frac{\partial{\vec{r}}}{\partial{r}}\mbox{dr}+....\mbox{termen in\ \theta,\phi}\)
Daarna termen in i,j,k samennemen en scalair produkt nemen van \(d\vec{r}d\vec{r}\)
om \(ds^2\)
te krijgen, hier komt er veel rekenwerk.Volgens mijn verstand kan er niets bestaan en toch bestaat dit alles?
- Berichten: 24.578
Re: Lengte van kromme in bolco
Heb je het helemaal uitgerekend? Mooi als je het juiste resultaat vindtBedankt!
"Malgré moi, l'infini me tourmente." (Alfred de Musset)
-
- Berichten: 7.068
Re: Lengte van kromme in bolco
Met iets als Maxima is het toch zo uitgerekend. Je krijgt zelfs een tex output die je makkelijk weer kan posten.Heb je het helemaal uitgerekend?
\(r^2\left(t\right)\,\left({{d}\over{d\,t}}\,\Theta\left(t\right) \right)^2+r^2\left(t\right)\,\left({{d}\over{d\,t}}\,\Phi\left(t \right)\right)^2\,\sin ^2\Theta\left(t\right)+\left({{d}\over{d\,t}} \,r\left(t\right)\right)^2\)
Het is overigens wel veel makkelijker om het met een 'kubusje' op te lossen (die dan afmetingen \(dr\), \(r \sin \theta d\phi\) en \(r d\theta\) te hebben), waaruit direct de formule volgt.
- Berichten: 2.003
Re: Lengte van kromme in bolco
Ik probeer het even algemeen (Curvilinaire coordinaten)
De eenheid-raakvectoren worden dan:
\(\mathbf{r} (u,v,w)=x(u,v,w) \mathbf{i}+y(u,v,w)\mathbf{j}+z(u,v,w)\mathbf{k}\)
\(\left| \frac{\partial \mathbf{r} }{\partial u}\right| =f\)
v en w constant houden en de verandering in richting u berekenen.\(\left|\frac{\partial \mathbf{r}}{\partial v}\right| =g\)
u en w constant houden en de verandering in richting v berekenen.\(\left|\frac{\partial \mathbf{r}}{\partial w}\right|=h\)
u en v constant houden en de verandering in richting w berekenen.De eenheid-raakvectoren worden dan:
\( \mathbf{u}=\frac{1}{f} \frac{\partial \mathbf{r} }{\partial u}\)
\( \mathbf{v}=\frac{1}{g} \frac{\partial \mathbf{r} }{\partial v}\)
\( \mathbf{w}=\frac{1}{h} \frac{\partial \mathbf{r} }{\partial w}\)
\(\mathbf{dr}=f du \mathbf{u} +gdv \mathbf{v} +hdw \mathbf{w}\)
Is dit het kleine kubusje waar Evilbro het over had?\(dr=\sqrt{f^2 du^2+g^2 dv^2+h^2 dw^2}\)
I was born not knowing and have only a little time to change that here and there.
- Berichten: 24.578
Re: Lengte van kromme in bolco
Met mijn programma ook, maar wie zegt dat Rov het wil/mag "laten uitrekenen"?Met iets als Maxima is het toch zo uitgerekend. Je krijgt zelfs een tex output die je makkelijk weer kan posten.
"Malgré moi, l'infini me tourmente." (Alfred de Musset)
- Berichten: 2.003
Re: Lengte van kromme in bolco
Hier nog even een stukje uit Introduction to Electrodynamics van D. Griffiths voor een meetkundige afleiding van de lijnelement in bolcoordinaten:
I was born not knowing and have only a little time to change that here and there.
- Berichten: 2.242
Re: Lengte van kromme in bolco
Oei, ik had over een paar posts gelezen
Die bedankt sloeg eerder op de aanzet die kotje gaf, ik heb nog niet de kans gehad om me er mee bezig te houden.Heb je het helemaal uitgerekend? Mooi als je het juiste resultaat vindt
Het is een oefening van een vak waarop ik geslaagd was maar waarvan ik al wat vergeten ben, ik moet het niet echt meer kennen maar zat wat te bladeren in die cursus toen ik iets aan het zoeken was. Het is een vraag uit nieuwsgierigheid.Met mijn programma ook, maar wie zegt dat Rov het wil/mag "laten uitrekenen"? pi.gif