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保守向量场

指数 保守向量场

如果一个向量场是某个标量势的梯度,那么便称为保守向量场。有两个密切相关的概念:路径无关和无旋向量场。任何一个保守向量场的旋度都是零(因此是无旋的),也具有路径无关的性质。.

18 关系: 同调外微分亥姆霍兹分解引力微积分基本定理德拉姆上同调保守力环量牛顿万有引力定律螺線向量場连通空间闭形式和恰当形式链式法则梯度流速斯托克斯定理旋度

功(work),也叫机械功,是物理学中表示力对位移的累积的物理量,指从一种物理系统到另一种物理系统的能量转变,尤其是指通过使物体朝向力的方向移动的力的作用下能量的转移。与机械能相似的是,功也是标量,国际单位制单位为焦耳。 “功”一词最初是法国数学家贾斯帕-古斯塔夫·科里奥利创造的。 由动能定理,若一个外力作用于一物体使之动能从Ek0增至Ek,那么,此力所作的机械功为: 其中m是物体的质量,v是物体的速度。 机械功就是力与位移的內積: 若力与位移的夹角小于直角,则机械功为正,亦称为力作正功。若力与位移的夹角大于直角,则机械功为负,或力作负功,或物体克服力作功。 若力的方向与位移方向垂直,则此力不作功: 舉例來說:一個10牛頓(F.

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同调

数学上(特别是代数拓扑和抽象代数),同调 (homology,在希腊语中homos.

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外微分

数学上,微分拓扑的外微分算子,把一个函数的微分的概念推广到更高阶的微分形式的微分。它在流形上的积分理论中极为重要,并且是德拉姆和Alexander-Spanier上同调中所使用的微分算子。其现代形式是由嘉当发明的。.

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亥姆霍兹分解

在物理学和数学中的向量分析中,亥姆霍兹定理, 或称向量分析基本定理, 指出对于任意足够光滑、快速衰减的三维向量场可分解为一个无旋向量场和一个螺线向量场的和,这个过程被称作亥姆霍兹分解。此定理以物理學家赫爾曼·馮·亥姆霍茲為名。 这意味着任何矢量场 ,都可以视为两个势场(純量勢 和向量勢 )之和。.

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引力

重力(Gravitation或Gravity),是指具有质量的物体之间相互吸引的作用,也是物体重量的来源。 引力与电磁力、弱相互作用力及强相互作用力一起构成自然界的四大基本相互作用。在这四种基本相互作用中,引力是最弱的一种,但同时也是一种长程有效作用力。在现代物理学中,引力一般由广义相对论来精确描述,认为引力反映了物体的惯性在弯曲时空中的表现。而经典力学中的牛顿万有引力定律则是对引力在通常物理条件下的极好的近似描述。 在地球上,地球对地面附近物体的万有引力赋予了物体的重量,并使物体落向地面。在宇宙中,引力让物质聚集而形成天体,同时也让天体之间相互吸引,形成按照轨道运转的天体系统。此外,月球以及太陽对地球上海水的引力,形成了地球上的潮汐。.

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微积分基本定理

微积分基本定理描述了微积分的两个主要运算──微分和积分之间的关系。 定理的第一部分,称为微积分第一基本定理,表明不定积分是微分的逆运算。這一部分定理的重要之處在於它保證了某連續函數的原函數的存在性。 定理的第二部分,称为微积分第二基本定理或“牛顿-莱布尼茨公式”,表明定积分可以用无穷多个原函数的任意一个来计算。这一部分有很多实际应用,这是因为它大大简化了定积分的计算。 该定理的一个特殊形式,首先由詹姆斯·格里高利(1638-1675)证明和出版。定理的一般形式,则由艾萨克·巴罗完成证明。 微积分基本定理表明,一个变量在一段时间之内的无穷小变化之和,等于该变量的净变化。 我们从一个例子开始。假设有一个物体在直线上运动,其位置为x(t),其中t为时间,x(t)意味着x是t的函数。这个函数的导数等于位置的无穷小变化dx除以时间的无穷小变化dt(当然,该导数本身也与时间有关)。我们把速度定义为位置的变化除以时间的变化。用莱布尼兹记法: 整理,得 根据以上的推理,x的变化──\Delta x,是dx的无穷小变化之和。它也等于导数和时间的无穷小乘积之和。这个无穷的和,就是积分;所以,一个函数求导之后再积分,得到的就是原来的函数。我们可以合理地推断,这个运算反过来也成立,积分之后再求导,得到的也是原来的函数。.

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德拉姆上同调

数学上,德拉姆上同调(de Rham cohomology)是同时属于代数拓扑和微分拓扑的工具。它能够以一种特别适合计算和用具体的上同调类的方式表达关于光滑流形的基本拓扑信息。它是基于有特定属性的微分形式的存在性的上同调理论。它以不同的确定的意义对偶于奇异同调,以及亚历山大-斯潘尼尔上同调。.

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保守力

假设一感受着某作用力的粒子,從初始位置移動到終結位置,而此作用力所做的功跟移動路徑無關,則稱此力為保守力(conservative force),又稱為守恆力。等價地說,假設一個粒子從某位置,移動經過一條閉合路徑後,又回到原本位置,則作用於這粒子的保守力所做的機械功(保守力對於整個閉合路徑的積分)等於零。假設在一個物理系統裏,所有的作用力都是保守力,則稱此物理系統為「保守系統」,又稱為「守恆系統」。對於這種系統,在空間裏每一個位置,都可以給定位勢一個唯一數值。假設粒子從某位置移動至另一位置,則由於保守力的作用,粒子的勢能可能會有所改變,但前後差值與移動經過的路徑無關。例如,重力是一種保守力,而摩擦力是一種非保守力。.

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环量

环量是流体的速度沿着一条闭曲线的路径积分,通常用\Gamma来表示。如果\mathbf是流体的速度,\mathbf是沿着闭曲线C的单位向量,那么: 环量的量纲(因次式)是长度的平方除以时间。.

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牛顿万有引力定律

万有引力定律(Newton's law of universal gravitation)指出,兩個質點彼此之間相互吸引的作用力,是與它們的質量乘積成正比,並與它們之間的距離成平方反比。 万有引力定律是由艾薩克·牛頓(Isaac Newton)稱之為歸納推理的經驗觀察得出的一般物理規律。它是經典力學的一部分,是在1687年于《自然哲学的数学原理》中首次發表的,并於1687年7月5日首次出版。當牛頓的書在1686年被提交給英國皇家學會時,羅伯特·胡克宣稱牛頓從他那裡得到了距離平方反比律。 此定律若按照現代語文,明示了:每一點質量都是通過指向沿著兩點相交線的力量來吸引每一個其它點的質量。力與兩個質量的乘積成正比,與它們之間的距離平方成反比。關於牛頓所明示質量之間萬有引力理論的第一個實驗,是英國科學家亨利·卡文迪什(Henry Cavendish)於1798年進行的卡文迪許實驗。這個實驗發生在牛頓原理出版111年之後,也是在他去世大約71年之後。 牛頓的引力定律類似於庫侖電力定律,用來計算兩個帶電體之間產生的電力的大小。兩者都是逆平方律,其中作用力與物體之間的距離平方成反比。庫侖定律是用兩個電荷來代替質量的乘積,用靜電常數代替引力常數。 牛頓定律的理論基礎,在現代的學術界已經被愛因斯坦的廣義相對論所取代。但它在大多數應用中仍然被用作重力效應的經典近似。只有在需要極端精確的時候,或者在處理非常強大的引力場的時候,比如那些在極其密集的物體上,或者在非常近的距離(比如水星繞太陽的軌道)時,才需要相對論。.

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螺線向量場

在向量分析中,一螺線向量場(solenoidal vector field)是一種向量場v,其散度為零:.

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连通空间

拓扑空间X称为是连通的。当且仅当以下叙述之一成立:.

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闭形式和恰当形式

在数学,特别是向量分析与微分拓扑中,一个闭形式 α 是微分算子 d 的核,即 dα.

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链式法则

链式法则或鏈鎖定則(英语:chain rule),是求复合函数导数的一个法则。设f 和g 为两个关于x 可导函数,则复合函数 (f \circ g)(x)的导数 (f \circ g)'(x)为:.

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梯度

在向量微积分中,标量场的梯度是一个向量场。标量场中某一点的梯度指向在這點标量场增长最快的方向(當然要比較的話必須固定方向的長度),梯度的絕對值是長度為1的方向中函數最大的增加率,也就是說 |\nabla f|.

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流速

流速,是流体的流动速度。当流速很小时,流体分层流动,互不混合,称为层流,或称为片流;逐渐增加流速,流体的流线开始出现波浪状的摆动,摆动的频率及振幅随流速的增加而增加,此种流况称为过渡流;当流速增加到很大时,流线不再清楚可辨,流场中有许多小漩涡,称为湍流,又称为乱流、扰流或紊流。 这种变化可以用雷诺数来量化。雷诺数较小时,黏滞力对流场的影响大于惯性力,流场中流速的扰动会因黏滞力而衰减,流体流动稳定,为层流;反之,若雷诺数较大时,惯性力对流场的影响大于黏滞力,流体流动较不稳定,流速的微小变化容易发展、增强,形成紊乱、不规则的湍流流场。.

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斯托克斯定理

斯托克斯定理(英文:Stokes' theorem)是微分几何中关于微分形式的积分的定理,因為維數跟空間的不同而有不同的表現形式,它的一般形式包含了向量分析的几个定理,以斯托克斯爵士命名。.

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旋度

旋度(Curl)或稱回轉度(Rotation),是向量分析中的一个向量算子,可以表示三维向量场对某一点附近的微元造成的旋转程度。向量场每一点的旋度是一个向量,称为旋度向量。它的方向表示向量场在这一点附近旋度最大环量的旋转轴,它和向量场旋转的方向满足右手定则。旋度向量的大小则是这一点附近向量场旋转度的一个量化体现,定义为当绕着这个旋转轴旋转的环量与旋转路径围成的面元面积之比趋近于零时的极限。举例来说,假设一台滚筒洗衣机运行的时候,从前方看来,内部的水流是逆时针旋转,那么中心水流速度向量场的旋度就是朝前方向外的向量。.

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保守场保守矢量场有势场无旋向量场

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