Rotor (matematika)
U vektorskoj analizi i teoriji polja, rotor ili rotacija (rot, eng. curl) je veličina koja odražava svojstva vektorskoga polja u prostoru. Najviše se primjenjuje u fizici, pogotovo u elektromagnetizmu i hidrodinamici.
Definicija
Pogledajmo linijski integral vektorskog polja duž zatvorne krivulje koja ograničava površinu . Premostimo krivulju nekim lukom, tako da je vanjska krivulja razdvojena na dvije (). Pri integriranju sada udio imaju samo vanjski dijelovi početne linije, jer se po luku integrira jednom u jedom, a drugi put u suprotom smijeru pa se taj integral poništava (v. sl.). Naravno, isto se događa i za velik broj razdioba početne površine :
Uzmimo sada omjer te vrijednosti i infinitezimalno malog dijela površine koji okružuje krivulja . Pustimo li da , odnosno , dobivamo graničnu vrijednost koja predstavlja skalarnu veličinu pridruženu određenoj točki prostora, pa je stoga možemo smatrati komponentom vektora. Pomnožimo li dati izraz s vektorom normale , dolazimo upravo do definicije rotacje ili rotora vektorskog polja:
Svojstva i pretpostavke
Nije nužno da ploha omeđena krvuljom koju promatramo leži u ravnini, traži se jedino da ta ploha nema singularnosti.
Nadalje, pretpostavlja se da se vektor normale ne mijenja dok se element plohe smanjuje k nuli. Rotor je, kao i Divergencija, također invarijanta vektorskog polja.
Rotor u kartezijevu sustavu
Kako bismo izveli izraz za rotor u kartezijevu sustavu, napravimo integraciju po rubu pravokutnika paralelnog s - ravinom (), kao na sl.
Uvršatavanjem u definiciju rotacije, te potpunom analogijom, imamo:
Očito u danoj fomuli možemo prepoznati simbolički zapisanu determinantu:
Nadalje, očito je
pa često označavamo s , gdje je Hamiltonov operator.
Rotacija i Stokesov teorem
Za rotaciju vrijedi Stokesov teorem
Izrazi za rotaciju u drugim koordinatnim sustavima
- u cilindričnom:
- u sfernom:
Rotacija i algebarske operacije
Neka su dana vektorska polja i , skalar , skalarna funkcija i radij-vektor . Tada vrijedi:
Primjeri
- Rotor elektrostaskog polja točkastog naboja, :
- Rotor vektorskog polja obodne kružne brzine, (v. sl.).
Odatle se lako mogu iščitati komponente kutne brzine:
Na ovom primjeru primijetimo: vektor brzine je polarni vektor, a vektor je aksijalni vektor. Međutim, to vrijedi i općenito: rotor polarnog vektora je aksijalni vektor, a rotor aksijalnog vektora je polarni vektor.
Vezani pojmovi
- Tok polja
- Gradijent
- Divergencija
- Vektorsko polje
- Elektromagnetizam
- Električno polje
- Magnetsko polje
- Hidrodinamika
- Vektorske operacije u zakrivljenim koordinatama