Понятие поля имеет важное значение для описания процессов, изучаемых в таких областях физики как электродинамика, гидромеханика или механика сплошных сред. Различают скалярные и векторные поля.
Если каждой точке P некоторой области D пространства поставлено в соответствие значение скалярной функции , то говорят, что в области D задано скалярное поле .
Другими словами, под скалярным полем понимается скалярнае функция положения точки, заданная в некоторой области пространства. В прямоугольной системе координат положение точки описывается ее декартовыми координатами x, y, z и, следовательно, задание скалярного поля равносильно заданию скалярной функции трех переменных. В частности, функция определяет скалярное поле в пространстве с выколотым началом координат.
Простейшим примером скалярного поля является температурное поле неоднородно нагретого тела, поскольку каждой точке тела можно поставить в соответствие определенное значение температуры.
Задание векторного поля в области D означает, что в этой области определена векторная функция
положения точки в пространстве.
Например, уравнение
описывает векторное электрическое поле точечного заряда q в точке P, где k – постоянный множитель; r – вектор, проведенный из точки расположения заряда в точку P. Если заряд расположен в начале координат, то r представляет собой радиус-вектор точки P; – расстояние от заряда до точки наблюдения; – единичный вектор в направлении радиус-вектора.
Поля, не зависящие от времени, называются стационарными. Например, смещение точки колеблющейся струны из положения равновесия зависит не только от положения этой точки, но и от времени. Поэтому такое смещение представляет собой одномерное нестационарное скалярное поле.
Другие примеры скалярных полей:
-
Плотность распределения заряда.
Плотность распределения заряда
в некоторой области пространства является скалярной функцией положения точки и представляет собой предел отношения заряда ∆ q, находящегося в объеме ∆ V, к величине этого объема при стягивании ∆ V в точку:
|
-
Плотность распределения массы.
Плотность распределения массы m
в некоторой области пространства является скалярной функцией положения точки и представляет собой предел отношения массы ∆ m, находящейся в объеме ∆ V, к величине этого объема при стягивании ∆ V в точку:
|
- Потенциал системы заряженных частиц
- Гравитационный потенциал системы тел.
- Давление в жидкой или газообразной среде, в которой распространяется звуковая волна, зависит от положения точки в пространстве и является скалярным полем.
Другие примеры векторных полей:
- Сила, действующая на единичный положительный заряд со стороны других зарядов. (Напряженность электрического поля.)
- Сила, действующая на движущийся заряд со стороны других движущихся зарядов. (Индукция магнитного поля.)
- Сила гравитационного притяжения.
- Скорость потока движущейся жидкости.
|