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旋度怎么理解(旋度的概念及其物理意义)

导语:旋度的简单理解方法

转发一篇关于旋度意义的解释。

什么是旋度:假设有一速度场,旋度是度量该速度场中的旋转分量。即以数学语言的方式来形容速度场的旋转程度。

1、旋度公式:

为了便于记忆将公式写成:

2、我们该如何理解旋度?

首先我们不考虑三维空间,建立一个二维平面,即 XY 平面。假设速度场沿 X 方向速度分量是 P(x,y)i,沿 Y 方向的速度分量是 Q(x,y)j。在 XY 平面中有一刚体。如下图:

图中的刚体可以是一块木板、玻璃什么的。

当向量 Q1=Q2=Q3=……Qn的时候,其中Q向量代表速度,向量的长度代表速度的大小。大家可以发现刚体将沿着平行于 Y 轴的方向运动,而不会发生旋转,那么我们说刚体的旋度是 0。即

刚体将不发生旋转。那么刚体如何才能旋转呢?

大家很容易发现当

的时候,即沿着刚体的方向 Q 发生变化时候刚体将产生旋转,如下图:

物理学中我们知道旋转线速度=角速度 半径(v=w r),所以角速度

旋转轴方向垂直于 XY 平面。接下来我们看图中的 A 点,如下图:

这里的P1,P2和Q1,Q2指刚体上不同的点相对于Y轴和X轴的角速度变化。

那么很容易发现该旋转是两个旋转的叠加,某一点的角速度

即旋度为

由于这是在XOY平面得出的结果,同样在YOZ、XOZ平面也可以得出同样的推论,因此得到旋度公式

通过上面的推理大家应该已经能够差不多理解旋度的意义了。

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