Введение

Термин из классической механики

В классической механике площадная скорость (также называемая угловой скоростью или секторной скоростью) — это псевдовектор, величина которого равна скорости изменения площади, описываемой частицей при движении по кривой. Она измеряется в квадратных метрах в секунду (м²/с) в системе СИ и имеет размерность квадрат длины, делённую на время (L²T⁻¹). На прилегающем рисунке предположим, что частица движется по синей кривой. В некоторый момент времени t частица находится в точке B, а через короткий промежуток времени t + Δt — в точке C. Область, описываемая частицей, заштрихована зелёным цветом и ограничена отрезками AB и AC, а также кривой, по которой движется частица. Величина площадной скорости (то есть угловая скорость) равна площади этой области, делённой на интервал времени Δt, при стремлении Δt к нулю. Направление вектора считается нормальным к плоскости, содержащей радиус-вектор и вектор скорости частицы, в соответствии с правилом правой руки. Сохранение площадной скорости — общее свойство движения в центральном силовом поле и, в рамках классической механики, эквивалентно сохранению углового момента.

Связь с угловым моментом

Площадная скорость тесно связана с угловым моментом. Любой объект обладает орбитальным угловым моментом относительно начала координат, и этот момент, вплоть до скалярного множителя, равен площадной скорости объекта относительно того же начала координат. Важным свойством углового момента является его сохранение под действием центральных сил (то есть сил, направленных радиально к началу координат или от него). Исторически закон сохранения углового момента формулировался исключительно в терминах площадной скорости. Частным случаем этого является второй закон Кеплера, который утверждает, что площадная скорость планеты, при выборе Солнца в качестве начала координат, постоянна во времени. Поскольку сила гравитации, действующая на планету, является приблизительно центральной силой (ввиду малой массы планеты по сравнению с массой Солнца), угловой момент планеты (и, следовательно, площадная скорость) должен оставаться (приблизительно) постоянным. Исаак Ньютон первым осознал динамическую значимость второго закона Кеплера. Используя свои законы движения, он доказал в 1684 году, что любая планета, притягиваемая к фиксированному центру, заметает равные площади за равные промежутки времени. По этой причине закон сохранения углового момента исторически назывался "принципом равных площадей". Позднее закон сохранения углового момента был расширен и обобщён для более сложных ситуаций, которые нелегко описать с помощью понятия площадной скорости. Поскольку современная формулировка закона сохранения углового момента включает в себя гораздо больше, чем просто второй закон Кеплера, обозначение "принцип равных площадей" было исключено из современных работ. + Орбиты планет с различной эксцентриситетом. Красный луч вращается с постоянной угловой скоростью и с тем же периодом обращения, что и планета. S: Солнце в главном фокусе, C: Центр эллипса, S': Вторичный фокус. В каждом случае площадь всех изображённых секторов одинакова. Низкий Высокий

Связь с магнитными диполями

Площадная скорость также тесно связана с понятием магнитных диполей в классической электродинамике. Каждый электрический ток обладает (псевдо)векторной величиной, называемой магнитным дипольным моментом относительно заданной точки отсчета. В частном случае, когда ток состоит из единственного движущегося точечного заряда, магнитный дипольный момент относительно любой заданной точки отсчета оказывается, с точностью до скалярного множителя, равным площадной скорости этого заряда относительно той же точки отсчета. В более общем случае, когда ток состоит из большого, но конечного числа движущихся точечных зарядов, магнитный дипольный момент является суммой дипольных моментов каждого из зарядов и, следовательно, пропорционален сумме площадных скоростей всех зарядов. В пределе непрерывности, когда число зарядов в токе становится бесконечно большим, сумма переходит в интеграл; то есть магнитный дипольный момент непрерывного тока относительно заданной точки отсчета равен, с точностью до скалярного множителя, интегралу площадной скорости по траектории тока. Если траектория тока представляет собой замкнутый контур и ток одинаков во всех точках контура, то этот интеграл оказывается независимым от выбранной точки отсчета, и магнитный дипольный момент становится фундаментальной константой, характеризующей этот контур тока.