Спљоштени сфероидни систем

Извор: testwiki
Пређи на навигацију Пређи на претрагу

Спљоштени сфероидни систем у тродимензионалном простору представља ортогонални координатни систем настао ротацијом сфероида око мале оси, на којој се не налазе фокуси. Спљоштене сфероидне координате користе се да се реше различите парцијалне диференцијалне једначине, у којима гранични услови одговарају спљоштеном сфероиду са два фокуса на великој оси.

Дефиниција

Најчешћа дефиниција издужених сфероидних координата (μ,ν,ϕ) је:

x=a cosh⁡μ cos⁡ν cos⁡ϕ
y=a cosh⁡μ cos⁡ν sin⁡ϕ
z=a sinh⁡μ sin⁡ν

где је μ ненегативан реални број, а ν∈[−π/2,π/2].

Координатне површи

Површи константнога μ чине спљоштене сфероиде, што се види квадрирањем и сређивањем горенаведених релација:

x2+y2a2cosh2μ+z2a2sinh2μ=cos2ν+sin2ν=1

Оне представљају елипсе, које се ротирају око z оси, која раздваја фокусе. Елипса у x-z равни има већу полуос дужине a cosh μ дуж x оси, а мања полуос је a sinh μ дуж z оси.

На сличан начин добија се и следећа релација:

x2+y2a2cos2ν−z2a2sin2ν=cosh2μ−sinh2μ=1

из које се види да површи константнога ν чине хиперболоиде.

Ламеови коефицијенти

Ламеови коефицијенти скалирања су:

hμ=hν=asinh2μ+sin2ν
hϕ=acosh⁡μ cos⁡ν

Инфинитезимални елемент запремине је:

dV=a3cosh⁡μ cos⁡ν (sinh2μ+sin2ν)dμdνdϕ

а Лапласијан је:

∇2Φ=1a2(sinh2μ+sin2ν)[1cosh⁡μ∂∂μ(cosh⁡μ∂Φ∂μ)+1cos⁡ν∂∂ν(cos⁡ν∂Φ∂ν)]+1a2(cosh2μ+cos2ν)∂2Φ∂ϕ2

Друга верзија

Спљоштени сфероидни систем може да се параметризира и са друге три координате (ζ,ξ,ϕ), које су са картезијевим координатама повезане следећом релацијом:

x=a(1+ζ2)(1−ξ2)cos⁡ϕ
y=a(1+ζ2)(1−ξ2)sin⁡ϕ
z=aζξ

Ламеови коефицијенти друге верзије

hζ=aζ2+ξ21+ζ2
hξ=aζ2+ξ21−ξ2
hϕ=a(1+ζ2)(1−ξ2)

Инфинитезимални елемент запремине је:

dV=a3(ζ2+ξ2)dζdξdϕ

а Лапласијан је:

∇2V=1a2(ζ2+ξ2){∂∂ζ[(1+ζ2)∂V∂ζ]+∂∂ξ[(1−ξ2)∂V∂ξ]}+1a2(1+ζ2)(1−ξ2)∂2V∂ϕ2

Трећа верзија

Трећа верзија система има следеће три координате (σ,τ,ϕ) дефинисане са:

x=aστcos⁡ϕ
y=aστsin⁡ϕ
z2=a2(σ2−1)(1−τ2)

Ламеови коефицијенти скалирања су:

hσ=aσ2−τ2σ2−1
hτ=aσ2−τ21−τ2
hϕ=aστ.

Инфинитезимални елемент запремине је:

dV=a3στσ2−τ2(σ2−1)(1−τ2)dσdτdϕ

а Лапласијан је:

∇2Φ=1a2(σ2−τ2){σ2−1σ∂∂σ[(σσ2−1)∂Φ∂σ]+1−τ2τ∂∂τ[(τ1−τ2)∂Φ∂τ]}+1a2σ2τ2∂2Φ∂ϕ2

Литература

Шаблон:Литература

  • Спљоштени сфероидни систем
  • -{Korn GA and Korn TM. (1961) Mathematical Handbook for Scientists and Engineers, McGraw-Hill.}-
  • -{Abramowitz, Milton; Stegun, Irene A., eds. (1965), Handbook of Mathematical Functions with Formulas, Graphs, and Mathematical Tables, New York: Dover. Шаблон:ISBN.}-
  • -{Morse PM, Feshbach H (1953). Methods of Theoretical Physics, Part I. New York: McGraw-Hill. Шаблон:ISBN}-

Шаблон:Литература крај

Види још

Шаблон:Подножје