Кіріспе
Векторлық өрісті бейнелеуге арналған визуалды көмек " өрістік сызықтарды " қазіргі заманғы пайдалану электромагниттік және басқа да векторлық өрістерді бейнелеу жолы ретінде өрістік сызық - векторлық өрістерді бейнелеуге арналған графикалық визуалды көмек. Ол өзінің ұзындығы бойынша әр нүктеде өріс векторына жанасатын қиялданған интегралды қисықтан тұрады. Көршілес өріс сызықтарының өкілдік жиынтығын көрсететін диаграмма - ғылыми және математикалық әдебиеттердегі векторлық өрісті бейнелеудің жалпы тәсілі; бұл өріс сызық диаграммасы деп аталады. Олар электр өрістерін, магнит өрістерін және басқа көптеген түрлердің арасында гравитациялық өрістерді көрсетуге қолданылады. Сұйықтық механикасында сұйықтық ағынының жылдамдық өрісін көрсететін өріс сызықтары ағын сызықтары деп аталады.
the modern use of "field lines" as a way to depict electromagnetic and other vector fields
A field line is a graphical visual aid for visualizing vector fields. It consists of an imaginary integral curve which is tangent to the field vector at each point along its length. A diagram showing a representative set of neighboring field lines is a common way of depicting a vector field in scientific and mathematical literature; this is called a field line diagram. They are used to show electric fields, magnetic fields, and gravitational fields among many other types. In fluid mechanics, field lines showing the velocity field of a fluid flow are called streamlines.
Анықтама және сипаттама
Векторлық өріс кеңістіктегі әрбір нүктеде бағыт пен шаманы анықтайды. Дала сызығы - бұл векторлық өріс үшін интегралды қисық және оны нүктеден бастау және әр нүктеде өріс сызығын өріс векторына жанасу арқылы векторлық өрістің бағытын ұстанатын кеңістікте сызық сызу арқылы құрастыруға болады. Физикада өріс сызықтарының сызбалары негізінен көздер мен тұнбалар, егер болса, радиалдық гармониканың күш өрісі жағдайындағыдай емес, физикалық мағынаға ие болған жағдайларда пайдалы. Мысалы, Гаусс заңы электр өрісінің оң зарядталған көздері бар, теріс зарядталғанда батып кетеді, басқа жерде де жоқ, сондықтан электр өрісінің желілері оң зарядталғаннан басталып, теріс зарядталғаннан аяқталады. Гравитациялық өрістің көздері жоқ, массасы бойынша тұнбалары бар, басқа жерде де жоқ, гравитациялық өрістің сызықтары шексізнен басталып, массасы бойынша аяқталады. Магниттік өрістің қайнар көзі немесе тұнбалары жоқ (Магнитизм туралы Гаусс заңы), сондықтан оның өрістік сызықтарының басталуы немесе аяқталуы жоқ: олар тек жабық циклдерді құра алады, екі бағытта да шексізге дейін созылады немесе ешқашан өз-өзімен қиылыспай шексіз жалғасады. Алайда, жоғарыда айтылғандай, өріс нөлге тең нүктелер айналасында ерекше жағдай болуы мүмкін (олар өріс сызықтарымен қиылыса алмайды, өйткені олардың бағыты анықталмайды) және өріс сызықтарының бір мезгілде басталуы мен аяқталуы орын алады. Бұл жағдай, мысалы, екі бірдей оң электрлік нүктелік зарядтардың ортасында болады. Бұл жерде өріс жоғалып, зарядтардан осьтік келетін сызықтар аяқталады. Сонымен бірге, орта нүктеден өтетін көлденең жазықтықта өрістік сызықтардың шексіз саны радиалды түрде ауысады. Аяқталатын және басталатын сызықтардың бір мезгілде болуы нүктедегі өрістің дивергенциясыз сипатын сақтайды.
Құрылыс
Берілген векторлық өріс пен бастапқы нүкте өріс сызығын сол нүктедегі өріс векторын табу арқылы итеративті түрде құрастыруға болады. Сол нүктедегі бірлік тангенс векторы: өріс бағыты бойынша қысқа қашықтықта жылжыту арқылы сызықтағы жаңа нүктеді табуға болады. Содан кейін сол нүктедегі өріс табылды және сол бағыттағы одан әрі қашықтықта жылжыту арқылы өріс сызығының келесі нүктесі табылды. Әр нүктеде келесі нүктеді табуға болады. Осыны қайталап, нүктелерді жалғау арқылы өріс сызығын қалағанша ұзартуға болады. Бұл тек нақты өріс сызығының шамалауы, өйткені әр түзу сегмент шын мәнінде өріспен оның ұзындығы бойынша жанаспайды, тек оның бастапқы нүктесінде. Бірақ , үшін жеткілікті кішкентай мәнді пайдаланып, қысқа қадамдарды көбірек жасағанда, өріс сызығын қалағандай жақын шамалауға болады. Өріс сызығын кері бағытта әр қадамды теріс қадам арқылы кері бағытта ұзартуға болады .
Then the field at that point is found and moving a further distance in that direction the next point of the field line is found. At each point the next point can be found by
By repeating this and connecting the points, the field line can be extended as far as desired. This is only an approximation to the actual field line, since each straight segment isn't actually tangent to the field along its length, just at its starting point. But by using a small enough value for , taking a greater number of shorter steps, the field line can be approximated as closely as desired. The field line can be extended in the opposite direction from by taking each step in the opposite direction by using a negative step .
Мысалдар
Егер векторлық өріс жылдамдық өрісін сипаттайтын болса, онда өріс сызықтары ағындыдағы ағын сызықтарының артынан жүреді. Мүмкін, өріс сызықтарымен сипатталған векторлық өрістің ең танымал мысалы - магнит өрісі, ол көбінесе магниттен шығатын өріс сызықтарын пайдалана отырып суреттеледі.
Физикалық мәні
Дала сызықтары "сала" математикалық конструкция болса да, кейбір жағдайларда олар физикалық мәнге ие болады. Сұйықтық механикасында тұрақты ағыстағы жылдамдық өрісі сызықтары (ағыу сызықтары) сұйықтық бөлшектерінің жолдарын білдіреді. Плазма физикасы аясында бір өріс сызығында орналасқан электрондар немесе иондар өзара әсерлеседі, ал әртүрлі өріс сызықтарындағы бөлшектер өзара әсерлеспейді. Бұл темір сынықтарының магнит өрісінде көрсететін мінез-құлқы. Суреттегі темір сынықтары өздерін дискретті өріс сызықтарымен туралауда, бірақ жағдай күрделірек. Оны екі кезеңді процесс ретінде елестету оңай: біріншіден, майдалаулар магнит өрісіне біркелкі таралады, бірақ барлығы өрістің бағытына сәйкес келеді. Содан кейін, олардың өлшемдері мен ферромагниттік қасиеттеріне сүйеніп, олар екі жақтағы өрісті ылғалдандырып, біз көріп отырған сызықтар арасындағы көрінетін аралықтарды жасайды. Әрине, мұнда сипатталған екі кезең теңгерімге жеткенше бір мезгілде өтеді. Магниттік өрістердің ішкі магнетизмі өрісті өзгертетіндіктен, олардың сызықтары бастапқы магниттік өрістің өрістік сызықтарының ғана шамасында болады. Магниттік өрістер үздіксіз және дискретті сызықтары жоқ.