跳到内容
← 全部问题

涡旋场围绕原点的闭合环路积分值是多少?

对于涡旋场 F⃗=(−yx2+y2,xx2+y2)\vec{F} = (\frac{-y}{x^2+y^2}, \frac{x}{x^2+y^2}),围绕任何逆时针方向单次包围原点的简单闭合曲线的环路积分值为 2π2\pi。这个结果与环路的形状或大小无关,仅取决于围绕原点奇点的缠绕数。

适用条件

  • 曲线是简单、闭合且逆时针方向的。
  • 曲线恰好包围原点一次。
  • 场是标准的二维涡旋场。

理解与推导

  1. 参数化围绕原点的半径为 RR 的圆形路径:x=Rcos⁡t,y=Rsin⁡tx=R\cos t, y=R\sin t。
  2. 计算 dx=−Rsin⁡tdtdx = -R\sin t dt 和 dy=Rcos⁡tdtdy = R\cos t dt。
  3. 代入线积分 ∮−ydx+xdyx2+y2\oint \frac{-y dx + x dy}{x^2+y^2}。
  4. 简化分子:−Rsin⁡t(−Rsin⁡t)+Rcos⁡t(Rcos⁡t)=R2-R\sin t (-R\sin t) + R\cos t (R\cos t) = R^2。
  5. 简化分母:x2+y2=R2x^2+y^2 = R^2。
  6. 被积函数变为 R2R2dt=dt\frac{R^2}{R^2} dt = dt。
  7. 从 00 积分到 2π2\pi:∫02πdt=2π\int_0^{2\pi} dt = 2\pi。
  8. 使用变形论证将其推广到任何包围原点的环路。

例子

对于单位圆,积分为 ∫02π1 dt=2π\int_0^{2\pi} 1 \, dt = 2\pi。

容易误解的地方

  • 认为值取决于圆的半径。
  • 因为旋度为零而认为积分为零。
  • 混淆顺时针和逆时针方向(符号变化)。

观看对应讲解

相关概念

继续追问

相关问题

判断用途

↗
掌握方法

↗
掌握方法

↗
认识概念

↗

答案依据视频资料生成并经过独立核验。若有疑问,请核对原视频或联系原作者。