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U,U1,U2 和 F 是标量函数; c 是常数; V→,V→1,V→2 是向量函数:
表 13.2 笛卡儿、柱面和球面坐标系中向量分析的表达式
笛卡儿坐标系
柱面坐标系
球面坐标系
ds→=dr→
e→xdx+e→ydy+e→zdz
e→ρdρ+e→φρdφ+e→zdz
e→rdr+e→ϑrdϑ+e→φrsin ϑdφ
gradU
e→x∂U∂x+e→y∂U∂y+e→z∂U∂z
e→ρ∂U∂ρ+e→φ1ρ∂U∂φ+e→z∂U∂z
e→r∂U∂r+e→ϑ1r∂U∂ϑ+e→φ1rsinϑ∂U∂φ
divV→
∂Vx∂x+∂Vy∂y+∂Vz∂z
1ρ∂∂ρ(ρVρ)+1ρ∂Vφ∂φ+∂Vz∂z
1r2∂∂r(r2Vr)+1rsinϑ∂∂ϑ(Vϑsinϑ) +1rsinϑ∂Vφ∂φ
rotV→
e→x(∂Vz∂y−∂Vy∂z)
e→ρ(1ρ∂Vz∂φ−∂Vφ∂z)
e→r1rsinϑ[∂∂ϑ(Vφsinϑ)−∂Vϑ∂φ]
+e→y(∂Vx∂z−∂Vz∂x)
+e→φ(∂Vρ∂z−∂Vz∂ρ)
+e→ϑ1r[1sinϑ∂Vr∂φ−∂∂r(rVφ)]
+e→z(∂Vy∂x−∂Vx∂y)
+e→z(1ρ∂∂ρ(ρVφ)−1ρ∂Vρ∂φ)
+e→φ1r[∂∂r(rVϑ)−∂Vr∂ϑ]
ΔU
∂2U∂x2+∂2U∂y2+∂2U∂z2
1ρ∂∂ρ(ρ∂U∂ρ)+1ρ2∂2U∂φ2
1r2∂∂r(r2∂U∂r)
+∂2U∂z2
+1r2sinϑ∂∂ϑ(sinϑ∂U∂ϑ) +1r2sinϑ∂2U∂φ2
算子
符号
关系
变元
结果
意义
梯度
∇U
标量
向量
极大增加
向量梯度
gradV→
∇V→
二阶张量
散度
∇⋅V→
源, 汇
旋度
∇×V→
卷曲
拉普拉斯算子
△U
(∇⋅∇)U
位势场源
△V→
(∇⋅∇)V→