Formelsammlung Physik: Nabla-Operator

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Dies ist eine Liste von einigen Formeln der Vorlage:W im Zusammenhang mit gebräuchlichen Vorlage:Wen. Dabei bezeichnen 𝒙^,𝒚^,𝒛^,ρ^,ϕ^,θ^,𝒓^ die Vorlage:Wen in den jeweiligen Koordinatenrichtungen; atan2(.) ist der Vorlage:W; f, g sind Vorlage:We und 𝐀, 𝐁, 𝐂 sind Vorlage:Wen.

Tabelle mit Vorlage:W in Zylinder und Kugelkoordinaten
Operation Vorlage:W (x,y,z) Vorlage:W (ρ,ϕ,z) Vorlage:W (r,θ,ϕ)
Definition
der
Koordinaten
  [x=ρcosϕy=ρsinϕz=z [x=rsinθcosϕy=rsinθsinϕz=rcosθ
[ρ=x2+y2ϕ=atan(y/x)z=z [r=x2+y2+z2θ=arccos(z/r)ϕ=atan(y/x)
𝐀 Ax𝐱^+Ay𝐲^+Az𝐳^ Aρρ^+Aϕϕ^+Az𝒛^ Ar𝒓^+Aθθ^+Aϕϕ^
f fx𝐱^+fy𝐲^+fz𝐳^ fρρ^+1ρfϕϕ^+fz𝒛^ fr𝒓^+1rfθθ^+1rsinθfϕϕ^
𝐀 Axx+Ayy+Azz 1ρ(ρAρ)ρ+1ρAϕϕ+Azz 1r2(r2Ar)r+1rsinθθ(Aθsinθ)+1rsinθAϕϕ
×𝐀 (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^ 
Δf=2f 2fx2+2fy2+2fz2 1ρρ(ρfρ)+1ρ22fϕ2+2fz2 1r2r(r2fr)+1r2sinθθ(sinθfθ)+1r2sin2θ2fϕ2
Δ𝐀=2𝐀 ΔAx𝐱^+ΔAy𝐲^+ΔAz𝐳^ (ΔAρAρρ22ρ2Aϕϕ)ρ^+(ΔAϕAϕρ2+2ρ2Aρϕ)ϕ^+(ΔAz)𝒛^  (ΔAr2Arr22Aθcosθr2sinθ2r2Aθθ2r2sinθAϕϕ)𝒓^+(ΔAθAθr2sin2θ+2r2Arθ2cosθr2sin2θAϕϕ)θ^+(ΔAϕAϕr2sin2θ+2r2sin2θArϕ+2cosθr2sin2θAθϕ)ϕ^
infinitesimale
Verschiebung
d𝐥=dx𝐱^+dy𝐲^+dz𝐳^ d𝐥=dρρ^+ρdϕϕ^+dz𝒛^ d𝐥=dr𝐫^+rdθθ^+rsinθdϕϕ^
infinitesimales
Flächenelement
d𝐀=dydz𝐱^+dxdz𝐲^+dxdy𝐳^ d𝐀=ρdϕdzρ^+dρdzϕ^+ρdρdϕ𝐳^ d𝐀=r2sinθdθdϕ𝐫^+rsinθdrdϕθ^+rdrdθϕ^
infinitesimales
Volumenelement
dV=dxdydz dV=ρdρdϕdz dV=r2sinθdrdθdϕ
Nichttriviale Rechenregeln:
  1. div grad f=(f)=2f=Δf (Vorlage:W)
  2. rot grad f=×(f)=0
  3. div rot 𝐀=(×𝐀)=0
  4. rot rot 𝐀=×(×𝐀)=(𝐀)Δ𝐀
  5. Δ(fg)=fΔg+2fg+gΔf
  6. (f𝐀)=f𝐀+𝐀f
  7. ×f𝐀=f×𝐀𝐀×f
  8. Vorlage:Anker(𝐀𝐁)=(𝐀)𝐁+(𝐁)𝐀+𝐀×(×𝐁)+𝐁×(×𝐀),
    woraus mit 𝐀=𝐁=𝐯 unmittelbar die für die Vorlage:W wichtige Weber-Transformation folgt:
    (𝐯)𝐯=𝐯22𝐯×(×𝐯)
  9. 𝐀×(×𝐂)=𝐂(𝐀𝐂)(𝐀)𝐂=(𝐂)𝐀(𝐀)𝐂
  10. ×(𝐀×𝐁)=𝐀(𝐁)𝐁(𝐀)+(𝐁)𝐀(𝐀)𝐁
  11. (𝐀×𝐁)=𝐁(×𝐀)𝐀(×𝐁)