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Cálculo Vectorial en Coordenadas: Gradiente, Divergencia y Laplaciano, Apuntes de Física

El concepto de gradiente, divergencia y laplaciano de una función escalar en coordenadas cartesianas, cilíndricas y esfericas. Se explican los conceptos matemáticos y se dan ejemplos para comprender su aplicación en el análisis vectorial. Además, se incluye una tarea para practicar el cálculo.

Tipo: Apuntes

2020/2021

Subido el 01/04/2022

jeferson-marco-chacon-huaman
jeferson-marco-chacon-huaman 🇵🇪

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bg1
GRADIENTE:
Sea
ϕ
una funcion escalar, entonces
grad . ϕ =ϕ= ϕ
x
^
i+ ϕ
y
^
j+ ϕ
z
^
k
cood. Cartesiana
grad . ϕ =ϕ= ϕ
R eR+ ϕ
R φ eφ+ ϕ
z k
coord. Cilindrica
grad . ϕ =ϕ=
r er+
r ∂θ eθ+
r senθ . φ eφ
coord.esferica
EN COORDENADAS GENERALIZADAS:
grad . ϕ =. ϕ=1
h1
ϕ
∂u1
^
μ1+1
h2
ϕ
u2
^
μ2+1
h3
ϕ
u3
^
μ3
¿.
A=.
A=1
h1. h2.h 3
[
(h2. h3. A1)
u1
+(h1. h3. A2)
u2
+(h1.h 2. A3)
∂u3
]
¿.
A=.
A=¿
Sea el vector
A=
(
Ax, A y, A z
)
=Ax
^
i+Ay
^
j+Az
^
k
A .
B=ABcosθ
^
i .
^
j=1x1. cos 90=0
^
i .
^
i=1x1. cos 0 =1
cartesiana:÷
A=.
A= A x
x + A y
y + Az
z
Cilindrica:÷
A=.
A=1
R(RA¿¿R)
R +1
R
Aφ
φ + Az
z ¿
Esferico :÷
A=.
A=1
r2(r2A¿¿r)
r +1
r senθ (senθ . A ¿¿θ)
θ +1
r senθ
Aφ
φ ¿ ¿
pf3

Vista previa parcial del texto

¡Descarga Cálculo Vectorial en Coordenadas: Gradiente, Divergencia y Laplaciano y más Apuntes en PDF de Física solo en Docsity!

GRADIENTE:

Sea ϕ una funcion escalar, entonces

grad. ϕ= ϕ=

∂ ϕ

∂ x

^

i+

∂ ϕ

∂ y

^

j+

∂ ϕ

∂ z

^

k cood. Cartesiana

grad. ϕ= ϕ=

∂ ϕ

∂ R

e R

∂ ϕ

R ∂ φ

e φ

∂ ϕ

∂ z

k coord. Cilindrica

grad. ϕ= ϕ=

∂ r

e r

r ∂θ

e θ

r senθ. ∂ φ

e φ

coord.esferica

EN COORDENADAS GENERALIZADAS:

grad. ϕ= . ϕ=

h 1

∂ ϕ

∂u 1

μ ^ 1

h 2

∂ ϕ

∂ u 2

^μ 2

h 3

∂ ϕ

∂ u 3

^μ 3

A= ∇.

A=

h 1

. h 2

.h 3

[

∂(h 2

. h 3

. A

1

∂ u 1

∂( h 1

. h 3

. A

2

∂ u 2

∂ (h 1

.h 2

. A

3

∂u 3

]

A= ∇.

A=¿

DIVERGENCIA

Sea el vector

A=( A^ x ,^ A^ y ,^ Az )=^ Ax

^

i+ A y

^

j+ A z

^

k

A.

B= ABcos θ

^

i.

^

j= 1 x 1. cos 90 = 0

^

i.

^

i= 1 x 1. cos 0 = 1

cartesiana :÷

A= ∇.

A=

∂ A

x

∂ x

∂ A

y

∂ y

∂ A

z

∂ z

Cilindrica:÷

A= ∇.

A=

R

(RA¿¿ R)

∂ R

R

∂ A

φ

∂ φ

∂ A

z

∂ z

Esferico :÷

A= ∇.

A=

r

2

(r

2

A ¿¿ r)

∂ r

r senθ

(senθ. A¿ ¿θ)

∂ θ

r senθ

∂ A

φ

∂ φ

ROTACIONAL DE UN VECTOR

rot

A= x

A=

h 1

h 2

h 3

[

h 1

μ 1

h 2

μ 2

h 3

μ 3

∂ u 1

∂ u 2

∂ u 3

h 1

A

1

h 2

A

2

h 3

A

3

]

^

i

∂ A

z

∂ y

∂ A

y

∂ z

^

j

∂ A

z

∂ x

∂ A

x

∂ z

^

k

∂ A

y

∂ x

∂ A

x

∂ y

Tarea. 3pts 6 pm

Rot. En coord cilindrica y esfericas

SISTEMA GENERAL

Variables:

u 1

,u 2

, u 3

Vectores unitarios:

μ 1

, μ 2

, μ 3

d l 1

=h 1

d u 1

d l 2

=h 2

d u 2

d l 3

=h 3

d u 3

dV =d l 1

. d l 2 . d l 3

=h 1

. h 2 . h 3 . d u 1 . d u 2

.d u 3

VALORES DE “h”

SISTEMA

h 1

h 2

h 3

CARTESIANO 1 1 1

CILINDRICO 1 R 1

ESFERICO 1 r r sen θ

LAPLACIANO DE UN ESCALAR