Mikroszkopikus vs. makroszkopikus cirkuláció


Egy vektormező rotációját úgy mutattuk be, mint a vektormező "mikroszkopikus cirkulációját". Mi a különbség a mikro és makroszkopikus cirkuláció között? Egyáltalán miért használom ezeket a fogalmakat?

A "mikroszkopikus cirkuláció" kifejezést nem nagyon használják a matematikában helyette inkább a rotáció szót preferálják. Én azért használom ezeket a szavakat (mikro- és makroszkopikus), mert képszerűen leírják miről van szó, és így jobban meg lehet jegyezni a rotáció és a "normális" cirkuláció közötti különbséget.

Ha azt mondják "örvény" vagy "örvényes" valami ,akkor az embernek elsőre ilyesmi kép jut eszébe:
Látható amint a levelek körbe-körbe "cirkulálnak". A levelek mozgása, amit a videón látsz az a MAKROszkopikus cirkuláció.

Namost a rotáció NEM ezt a cirkulációt méri. A rotáció a pontbeli (kicsiny területegységre eső) cirkulációt méri. A "mikroszkopikus cirkuláció" fogalom is innen jön. Remélem a cikk alapján ez még érthetőbb lesz.

Legyen most F=(-y,x,0) a következő videón.
Ez most lényegében ugyanaz, mint amit a fenti videón láttunk a levelekkel. A gömböt nem rögzítjük le, hanem hagyjuk szabadon sodródni a vektormezővel.
Java animáció megjelenítése / elrejtése (nem minden böngésző támogatja már)

Tehát mégegyszer: fent a vektormező "makroszkopikus cirkulációja" látható. Általában ha csak simán cirkulációt mondunk, akkor erre a típusú "makroszkopikus cirkulációra" utalunk.

A cirkulációt mindig egy zárt görbe mentén vett vonalintegrállal értelmezzük. Fent tehát felvettünk egy C zárt görbét, ezután kiszámoltuk rajta a \$\oint _{C} \mathbf{F} \cdot d\mathbf{s}$\ vonalintegrált, ami most pozitív. Tehát van cirkulációja (makroszkopikus cirkulációja) az adott görbén. (Úgy is mondhatnánk, hogy a vektormezőt munkavégzésre lehet bírni a görbe mentén. Lehet hogy nem érthető elsőre mit jelent ez, de ha valaki hallott már pl a konzervatív erőterekről, akkor könnyebb átlátni.)
Másrészt amint azt az előző fejezetekben kiszámoltuk, ennek a vektormezőnek rotációja is van (vagy másképpen mikroszkopikus cirkulációja minden pontban). Az alábbi videón ez látható.

Java animáció megjelenítése / elrejtése (nem minden böngésző támogatja már)

A mikroszkopikus cirkulációt (vagy egységnyi területre eső cirkulációt) nem egy görbén, hanem pontonként (minden pontban) értelmezzük. Már levezettük hogy kell kiszámolni. Ami jól látható, hogy itt lerögzítettük a gömb középpontját, majd hagytuk szabadon pörögni a középpont körül. Így mindig a pörgés "beállt" egy bizonyos irányba, mégpedig abba, amely irányból a vektormező a legnagyobb erővel hatott rá. (Pontosabban azzal merőleges irányba.). Illetve felvett egy pörgési sebességet ha felületét különböző erők érték (pl a külső oldalán nagyobb erő hat a gömbre mint a belső oldalon ezért elkezd pörögni.) Ezt a fajta cirkulációt a rotációval mértük.
Azt fontos megjegyezni, hogy a gömbök mindig végtelenül kicsik.

Az tehát látható, hogy vannak olyan vektormezők amin egyszerre lehet értelmezni az egyszerű cirkulációt, illetve a "mikroszkopikus cirkulációt"(avagy rotációt) is.

Most pedig egy kis megjegyzés következik:
Nézzük meg az alábbi vektormezőt.

Java animáció megjelenítése / elrejtése (nem minden böngésző támogatja már)

Most F=(y,0,0). Ahogy az y tengelyen haladunk felfelé, (vagy lefelé) úgy lesz egyre erősebb a vektormező. A videóból gondolom látható, hogy a rotáció nagysága miért pozitív minden pontban.
Viszont mi a helyzet a cirkulációval (másnéven makroszkopikus cirkulációval)?
Már írtam a divergenciával kapcsolatban, hogy a képek sokszor megtévesztőek lehetnek. Itt is ugyanez a helyzet: ha beledobnánk egy kis gömböt a vektormezőbe akkor nem kezdene el keringeni a z-tengely körül. Viszont ha vonalintegrállal kiszámolnánk, akkor a cirkuláció sehol nem lenne 0. Magyarul az, hogy egy vektormezőbe beledobunk egy kis gömböt, falevelet stb... és nem cirkulál benne körbe-körbe, még nem jelenti azt, hogy nincs cirkulációja a vektormezőnek !! (Nem szeretem barokk körmondatokat, de az előbbi most az lett. Ha nem érthető írjatok..) Az egyetlen biztos módszer annak kiszámolására, hogy van-e cirkuláció egy zárt görbe mentén csak a vonalintegrál elvégzésével lehetséges.

Kapcsolódó cikkek:
Vonalintegrál (vektormezőé)
Vonalintegrál és a cirkuláció.

1 Komment

  1. Mate12345

    Jó az oldal. Holnap írok Anal III-ból és pont egy ilyen gyűjteményt kerestem. Köszi. :)

Szólj hozzá!

Az email cím nem lesz publikálva!

LaTeX kódot is írhatsz a $$ ... $$ vagy \$ ... $\ közé helyezve.
Komment előnézet:

Név

Captcha:

Nincsenek rendesen kitöltve a mezők! Komment hozzáadva