Processing math: 100%

суббота, 29 апреля 2023 г.

3-мерное волновое уравнение

Продолжим рассмотрение волнового уравнения, но перейдем уже к 3-мерному случаю, когда аргумент зависит не от времени и одной координаты, а от времени t и трех компонент координаты x, y, z.

Пусть функция f дважды дифференцируема и зависит от аргумента w=cxx+cyy+czz+ctt f=f(w)=f(w(x,y,z,t)) Как и раньше, найдем первые и вторые частные производные. fxx=fwwc2xfyy=fwwc2yfzz=fwwc2zftt=fwwc2t Здесь можно получить как 3 отдельных волновых уравнения fxx=c2xc2tftt fyy=c2yc2tftt fzz=c2zc2tftt Так и одно, сложив вместе производные ко пространственным координатам: fxx+fyy+fzz=fww(c2x+c2y+c2z) Откуда получаем: fxx+fyy+fzz=c2x+c2y+c2zc2tftt Здесь величина образованная из cx, cy и cz ведет себя как вектор, или как если бы вместо w использовалось скалярное произведение 4-мерного вектора пространства-времени и некоего 4-мерного вектора, образованного из компонент ci.

Векторная часть такого вектора образована cx, cy и cz, задающими направление движения волны и своей величиной по сравнению с ct задающая величину скорости такого движения.

Собственно, эту величину и называют волновым вектором. Если в какой-то точке пространства есть такой вектор, то он задает направление движения волнового фронта и сам фронт перпендикулярен этому вектору. То есть фронту в малой окрестности принадлежат точки, для которых скалярное произведение волнового вектора на вектор точки равен скалярному произведению волнового вектора на вектор рассматриваемой точки. То есть все точки которые отстоят от рассматриваемой с вектором, скалярное произведение которого на волновой вектор равно нулю.

Также, как и для 1-мерного случая, можно утверждать, что если фронт волны проходит от пространственно-временной координаты x, y, z, t к другой координате x, y, z, t, то для них выполняется соотношение: cxx+cyy+czz+ctt=cxx+cyy+czz+ctt Для того чтобы отделять волновые функции от периодических нужно дополнительно подразумевать топологическую непрерывность такого условия для волновых.

Оглавление: Волновое уравнение

Комментариев нет:

Отправить комментарий