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比旋度的計算方法

生活 更新时间:2024-07-24 08:09:21

轉發一篇關于旋度意義的解釋。

什麼是旋度:假設有一速度場,旋度是度量該速度場中的旋轉分量。即以數學語言的方式來形容速度場的旋轉程度。

1、旋度公式:

比旋度的計算方法(旋度的簡單理解方法)1

為了便于記憶将公式寫成:

比旋度的計算方法(旋度的簡單理解方法)2

2、我們該如何理解旋度?

首先我們不考慮三維空間,建立一個二維平面,即 XY 平面。假設速度場沿 X 方向速度分量是 P(x,y)i,沿 Y 方向的速度分量是 Q(x,y)j。在 XY 平面中有一剛體。如下圖:

比旋度的計算方法(旋度的簡單理解方法)3

圖中的剛體可以是一塊木闆、玻璃什麼的。

比旋度的計算方法(旋度的簡單理解方法)4

當向量 Q1=Q2=Q3=……Qn的時候,其中Q向量代表速度,向量的長度代表速度的大小。大家可以發現剛體将沿着平行于 Y 軸的方向運動,而不會發生旋轉,那麼我們說剛體的旋度是 0。即

比旋度的計算方法(旋度的簡單理解方法)5

剛體将不發生旋轉。那麼剛體如何才能旋轉呢?

大家很容易發現當

比旋度的計算方法(旋度的簡單理解方法)6

的時候,即沿着剛體的方向 Q 發生變化時候剛體将産生旋轉,如下圖:

比旋度的計算方法(旋度的簡單理解方法)7

物理學中我們知道旋轉線速度=角速度 半徑(v=w r),所以角速度

比旋度的計算方法(旋度的簡單理解方法)8

旋轉軸方向垂直于 XY 平面。接下來我們看圖中的 A 點,如下圖:

比旋度的計算方法(旋度的簡單理解方法)9

這裡的P1,P2和Q1,Q2指剛體上不同的點相對于Y軸和X軸的角速度變化。

那麼很容易發現該旋轉是兩個旋轉的疊加,某一點的角速度

比旋度的計算方法(旋度的簡單理解方法)10

即旋度為

比旋度的計算方法(旋度的簡單理解方法)11

由于這是在XOY平面得出的結果,同樣在YOZ、XOZ平面也可以得出同樣的推論,因此得到旋度公式

比旋度的計算方法(旋度的簡單理解方法)1

通過上面的推理大家應該已經能夠差不多理解旋度的意義了。

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