Strumień przez powierzchnię.
Ada:
Zadanie z egzaminu. Chodzi o to jakie trzeba tu dopisać komentarze, żeby było dobrze.
Niech S będzie powierzchnią boczna ostrosłupa o wierzchołkach ABCD o podstawie ABC, gdzie
A=(0,0,0), B=(1,0,0), C=(0,0,1) i D=(0,0,2). Oblicz strumień pola wektorowego F=(x, −y, z
2)
przez wewnętrzną stronę powierzchni S.
Powierzchnia boczna ostrosłupa składa się z trzech trójkątów, ostrosłupa bez podstawy. Można
korzystając z twierdzenia Gaussa−Ostrogradskiego policzyć strumień całego ostrosłupa (jego
powierzchnia jest zamknięta) i odjąć strumień przechodzący przez podstawę.
Twierdzenie Gaussa zakłada, że powierzchnia zorientowana jest zewnętrznie, z tym, że istnienie
jednej całki (zorientowanej np. zewnętrznie) implikuje istnienie drugiej całki. Są one sobie
równe co do wartości, mają jednak przeciwnie skierowane znaki.
Więc:
S−powierzchnia całego ostrosłupa.
I
1=∫∫
S−=−∫∫∫
Vdiv
FdV
| ∂ | | ∂ | | ∂ | |
divF=[ |
| , |
| , |
| ]•[x, −y, z2]= |
| ∂ x | | ∂ y | | ∂ z | |
1−1+2z=2z=4(1−x−y)
x∊[0,a] y∊[0,−x+a] z∊[0,2(1−x−y)]
I
1=−∫
01 dx ∫
0−x+1dy∫
02(1−x−y)4(1−x−y) dz =
−4∫
01 dx ∫
0−x+1 2(1−x−y)
2 dy= −8∫
01 dx ∫
0−x+1[(1−x)
2−2(1−x)y+y
2]dy=
| 1 | |
−8∫01 [(1−x)3−(1−x)3+ |
| (1−x)3]dx=−3∫01(1−2x+x2)dx= |
| 3 | |
| 1 | | 1 | |
−3[x−x2+ |
| x3]10=−3[1−1+ |
| ]=−1 |
| 3 | | 3 | |
Strumień przenikający przez podstawę:
S: y(x)=−z+1 z=0
I
2=∫∫
S1F •
dS = 0 −> równoległa do z.
I=−1