Saturday, July 5, 2014

tw01 偏振(polarization) polarization01 旋度


偏振(polarization)


 http://www.phys.ncku.edu.tw/optics/book_2/b2_12_2002.pdf






旋度这个新概念,好奇心奔涌而出,打开维基百科却大片大片的公式,推导映入眼球......所以,哪位大神可以解释一下旋度的物理概念(应该是和电磁场有关的吧),以及它的意义。
全部评论(7)
  • 1楼
    2013-11-16 19:35 fdsn 只看Ta
    [高中生没专业学过,出错不负责]
    wiki:(我只能看懂这些)
    在三维直角坐标系Oxyz中,设向量场[2]:8:
    其中的分别是x轴、y轴、z轴方向上的单位向量,场的分量P、Q、R具有一阶连续偏导数, 那么在各个坐标上的投影分别为:
    的向量叫做向量场A的旋度,也就是[1]:14:
    旋度的表达式可以用也行列式记号形式表示[2]:4-5:
    需要注意的是这里的行列式记号只有形式上的意义,因为真正的行列式中的系数应该是数而不是这样的向量。这种表示方法只是便于记忆旋度在直角坐标系中的表达式[3]
    感觉已经讲得很清楚了
    物理意义:
    (斯托克斯定理)当一个向量场的旋度是零时场为保守场,即闭合曲线上F点乘dl积分为零。物理上就是带着物体走一圈场做功为零,如重力场,电场(无磁通量变化)
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  • 2楼
    2013-11-17 01:57 预流果
    把场想象成水面,旋度就是水面的一点是不是有漩涡。
    如果这个点的小领域是有漩涡的,旋度不为零,漩得越快,旋度越大。
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  • 3楼
    2013-11-17 11:37 呜呱星人
    老美的书里有一些比较直观的解释。可以去看看他们的新生微积分那类书。
    大致是什么意思呢,我也就是个初学者水平,话说的也不是特别清楚。不过我还是可以稍微说说。
    想像一个游泳池。进水口在此,排水口在彼。
    面积分说的是啥呢?面积分说的是绕着这个进水管画一个封闭曲面,楼主就想象成球面最简单。忽略进水口与排水口连接的水管,认为水在进水口凭空产生,在出水口凭空消失。那么从内向外(由外向内则反)流过这个曲面的水量就可以大致理解为面积分的值。
    现在我们来看,假设我们这个曲面画的不囊括进出水口,且水不可压缩,那么流进这个曲面的水必须流出去。流进多少就流出多少,流出多少就流进多少。正负相加,这个面积分得零。(质量守恒定律)
    以上是宏观解释,我们再来看微观的(此处微观与分子原子无关,我们假设水是连续的)
    场与法向量点积的面积分等于散度的三重积分(高斯-奥斯特罗格拉兹基散度公式)。流体力学的连续性方程告诉我们,密度对时间的导数加上流率的散度等于零。现在水不可压缩,密度不变,那么流率的散度也就是零。求三重积分肯定还是零。也即,面积分等于零。
    以上是不囊括进出水口的情况,我们再来讨论复杂一点的,曲面内部有且只有一个进水口的情况(出水口一样,就是正的变成负的)。宏观上看,有水从内向外流出这个曲面。(不要忘记我们假设水在进水口处是凭空产生的)也即面积分大于零
    微观上看呢,在进水口处流率(这个词是我胡编乱造的,因为我根本没有系统的学过流体力学)的散度大于零,在别处流率的散度等于零。那么三重积分积下来(如果把进水口想象成点的话就要用到dirac的delta函数,比较麻烦。所以在这里我就只说个大概意思)是大于零的,也即流量的面积分大于零。
    再想像曲面囊括两个口,一个排水一个进水。好了,宏观上,我们发现假设假设排水口有点堵的话,进水就比排水多,面积分为正,反之亦然。微观上呢,进水口的散度就比排水口的散度绝对值大,一积分一叠加你就发现三重积分是正的,于是乎向外净流量也是正的。
    再想像,这回不是两个三个进出水口了,想像他们是连续分布的。道理差不多,这个曲面里的水盛不下了就要往外跑,曲面里的水太少别出的水就要补进来。这就是高斯-奥氏散度定理。
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  • 4楼
    2013-11-17 11:50 呜呱星人 只看Ta
    现在我们再想像,不是一个曲面,而是两个有一部分共用的封闭曲面。(就假设一个椰子被切一刀,切成的两半套上保鲜膜,再和起来。两片保鲜膜重合在一起)我们现在来计算穿过曲面甲,曲面乙以及曲面甲乙的面积分。在“椰子壳”处一切好说,而再保鲜膜处就有意思了:曲面甲在曲面乙的外部,反之亦然。于是乎保鲜膜甲处的外法向和同一点上保鲜膜乙的外法向相反,而流率是一样的,于是乎在保鲜膜上的面积分甲乙互为相反数。(这很正常,流出甲的水流入乙)于是乎在曲面甲乙上的面积分等于椰子壳上的面积分,不论有没有保鲜膜。
    这样我们就可以把一个复杂的图形切割开,切割成简单的,无穷小的,然后把它们叠加起来求出整个积分,证明高斯-奥氏散度公式。
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  • 5楼
    2013-11-17 12:12 呜呱星人 只看Ta
    我们再来看stokes公式。思路是差不多的,只不过这里都是伪向量。泡利的讲义有那么一段讲得还可以,就是张量拿过来就用我有点吓一跳。
    我们这次来想象一下。。龙卷风。美国人民表示这玩意破坏力还是挺强的。这里的龙卷风呢,可以有各种不同的形状,方圆均可。风的每一点对应着一个力,这个力会对在这一点上运动的物体做功。(至于为什么小物件非要跟着龙卷风的形状走呢。。我不清楚。我们就要求他这样,或者可以给他一个约束力嘛,反正约束力又不做功。而且就算有别的什么力做功也算不到龙卷风头上)
    我们还是先从没有龙卷风开始。没有龙卷风不代表没有力,就像没有进水口不代表没有水流一样。就说这个小物块受重力影响吧(牛顿引力场)可能还受电力影响(暂时忽略磁力,磁力比较复杂,但是其实从不做功)可能还受弹簧力影响。
    我在重力场中,扔起一块石头,石头落在我手上。重力对石头并没有做功。在电场里仍起一个带电物体,又回来,仍不做功。实际上,这些场的共同点是:在其中运行的物体
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  • 7楼
    2013-11-17 12:16 卅貓 建筑学专业,分形艺术小组管理员 ψ 只看Ta
    画图说好不好……
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  • 8楼
    2013-11-17 12:44 呜呱星人
    接上面)这些场的共同特点是:对一个在其中运动轨迹为封闭曲线的物体做得总功为零。这些场叫做保守场。
    总功是宏观解释,我们再来看微观解释。stokes公式说的是曲面上场的法向分量面积分(眼熟么?对了和前面那个只差2点,那就是这里的曲面不是闭合的。那里的曲面是个椰子,这里的曲面是张床单。那里是积分场自身,这里是积分他的旋度)等于场在曲面边界上切向分量的线积分。
    保守场的旋度为零(关于保守场我们可以说很多,不过都等价)于是乎面积分为零,线积分为零。
    我们把龙卷风加回来,绕龙卷风一周,龙卷风做功不为零。微观解释是龙卷风风立场不是保守的,旋度不为零,于是乎积分不为零,总功不为零。
    后面的讨论与上面大同小异了,有一点不一样的就是在第二种情况,边界和曲面再给出的时候是没有定向的,而定向的规则是约定俗成而确定的。所以说这一点不用担心床单反过来也能铺的问题。

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