拋物柱面坐標系
外观
拋物柱面坐標系(英語:Parabolic cylindrical coordinates)是一種三維正交坐標系。往 z-軸方向延伸二維的拋物線坐標系 ,則可得到拋物柱面坐標系。其坐標曲面是共焦的拋物柱面。拋物柱面坐標可以應用於許多物理問題。例如,物體邊緣的位勢論。
基本定義
[编辑]直角坐標 可以用拋物柱面坐標 表示為
- 、
- 、
- ;
其中, , 。
- ,
而坐標 為常數的曲線形成共焦的,凹性往 -y-軸的拋物柱面:
- 。
這些拋物柱面的焦線的位置都在 z-軸。
徑向距 的公式為
- 。
當解析經典力學的反平方連心力問題時,假若採用拋物柱面坐標的哈密頓-亞可比方程式,則會用到這很有用的公式。參閱 拉普拉斯-龍格-冷次向量[錨點失效]。
標度因子
[编辑]拋物柱面坐標 與 的標度因子相等;而 的標度因子是 1 :
- 、
- 。
無窮小體積元素是
- 。
- 。
其它微分算子,像 、 ,都可以用 坐標表示,只要將標度因子代入在正交坐標系條目內對應的一般公式。
應用
[编辑]拋物柱面坐標有一個經典的應用,這是在解析像拉普拉斯方程或亥姆霍茲方程這類的偏微分方程式。在這些方程式裏,拋物柱面坐標允許分離變數法的使用。個典型的例題是,有一塊半無限的平板導體,請問其周圍的電場為什麼?應用拋物柱面坐標,我們可以精緻地分析這例題。
參閱
[编辑]參考文獻
[编辑]- Philip M. Morse, Herman Feshbach. Methods of Theoretical Physics, Part I. New York: McGraw-Hill. 1953: p. 658. ISBN 0-07-043316-X.
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- Moon P, Spencer DE. Parabolic-Cylinder Coordinates (μ, ν, z). Field Theory Handbook, Including Coordinate Systems, Differential Equations, and Their Solutions corrected 2nd ed., 3rd print ed. New York: Springer-Verlag. 1988: pp. 21–24 (Table 1.04). ISBN 978-0387184302.