A rotáció (ahogy a gradiens és a divergencia) a vektoranalízis egyik differenciáloperátora. Mind differenciálgeometriai, mind fizikán belüli alkalmazásaik jelentősek. A rotáció jelentése legszemléletesebb az áramlástanban, ahol azt mutatja meg, hogy örvénylik a folyadék egy kis térfogatban.

Ha egy vektormező rotációja mindenütt nulla, akkor ez a vektormező örvénymentes.

Néhány gyakorlati példa

A forgószelek egy úgynevezett szem körül örvénylenek. A forgószelet leíró vektormező rotációja nem nullvektor a szemben, és lehet, hogy máshol sem. Egy forgó tárcsa pontjainak sebességét leíró vektormező rotációja minden pontban ugyanaz a nullvektortól különböző vektor. Egy autópályán, ahol az egyes sávokon különböző sebességgel haladnak az autók, a sávokat elválasztó vonalakon a rotáció szintén nem nullvektor.

Definíció

Az háromdimenziós vektormező rotációja szintén háromdimenziós vektormező. Jelölése: , ahol a nabla operátor, és rot a rotáció függvényszimbóluma. A kereszt egy formális vektoriális szorzatot jelent, így a rotáció a derékszögű koordináta-rendszerben:

A keresztszorzat definíciója alapján a rotáció formális determinánsként írható fel:

Gömbi koordinátákkal:

Hengerkoordinátákkal:

Görbe vonalú derékszögű koordináta-rendszerben:

, ahol

A rotáció előjelet vált, ha balos koordináta-rendszerről jobbos koordináta-rendszerre térünk át.

Két dimenzióban

A vektortérben a következő módon számítható a rotáció:

Ez éppen egy háromdimenziós vektormező rotációjának a harmadik koordinátája.

A rotáció mint örvénysűrűség

Az örvénysűrűségként való értelmezés a Stokes-tétel következő infinitezimális alakján nyugszik:

Itt egy tetszőlegesen irányított normálisú kis felületdarab; felszíne , és irányított határgörbéje .

A divergenciával analóg módon a legtöbb itt megadott állítás levezethető ebből a formulából.

Felbontási tétel

A kétszer folytonosan differenciálható háromdimenziós vektormező, amely a végtelenben elég gyorsan tart nullához, felbontható egy örvénymentes rész és egy forrásmentes rész összegére:

.

Az örvénymentes részt meghatározza a forrássűrűsége:

, ahol .

A forrásmentes részre hasonlók teljesülnek, ha skalárpotenciálja helyett az vektorpotenciált vesszük, és a meg a kifejezéseket a meg a kifejezések helyettesítik

Stokes integráltétele A rotáció szerepet játszik a vektoranalízisben fontos Stokes-tételben, aminek segítségével a felszíni integrál görbe menti integrállá alakítható:

Számolási szabályok Minden konstansra, minden skalármezőre és minden , vektormezőre fennáll:

linearitás:

differenciálformák:

további szorzási szabályok

Általánosítás tetszőleges fokú tenzormezőkre

Egy vektormező értelmezhető elsőrendű tenzormezőként. Az Einstein-féle összegkonvenció és a Levi-Civita-szimbólum alapján egy vektormező rotációja így írható:

A tetszőleges rendű tenzorokra ez alapján az általánosítás nyilvánvaló:

Források Adolf J. Schwab: Begriffswelt der Feldtheorie. Springer Verlag,

Külső hivatkozások A rotációról érthetően (magyar)

Kategória:Vektor-, mátrix- és tenzoranalízis