coordenadas cilÍndricas las variables independientes son

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1 COORDENADAS CILÍNDRICAS Las superficies para las que La coordenada es constante son cilindros cuyo eje es el eje Z Las superficies para las que es constante son planos perpendiculares al eje Z Las correspondientes a constante son planos que pasan por el eje Z y tienen a éste como eje del haz de planos. las variables independientes son

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Page 1: COORDENADAS CILÍNDRICAS las variables independientes son

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COORDENADAS CILÍNDRICAS

Las superficies para las que

La coordenada es constante son cilindros cuyo eje es el eje Z

Las superficies para las que es constante son planos perpendiculares al eje Z

Las correspondientes a constante son planos que pasan por el eje Z y tienen a éste

como eje del haz de planos.

las variables independientes son

Page 2: COORDENADAS CILÍNDRICAS las variables independientes son

2

Los vectores unitarios que forman la base en este sistema de coordenadas son

y se definen de manera que

es perpendicular en dicho punto a la superficie

cilíndrica de eje Z que pasa por ese punto;

es normal en dicho punto al plano que pasa por él

y se apoya en el eje Z;

es normal al plano perpendicular al eje que pasa

por el punto.

La representación de un campo

vectorial por sus componentes es:

Page 3: COORDENADAS CILÍNDRICAS las variables independientes son

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Las variables independientes son

COORDENADAS ESFÉRICAS

Las superficies que corresponden

a una coordenada constante

Page 4: COORDENADAS CILÍNDRICAS las variables independientes son

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Los vectores unitarios en cada punto son respectivamente normales a las superficies

cuya coordenada es constante, es decir:

es normal a la esfera de centro en O que pasa por dicho punto,

es normal a la superficie cónica y

al plano correspondiente.

La representación de un campo vectorial por sus componentes es:

Page 5: COORDENADAS CILÍNDRICAS las variables independientes son

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LONGITUD Y VOLUMEN ELEMENTAL

Coordenadas cilíndricas

Coordenadas esféricas

Page 6: COORDENADAS CILÍNDRICAS las variables independientes son

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Derivamos una relación útil entre una integral de superficie de un vector y la integral de

volumen de la divergencia de ese vector.

Asumimos que un vector F es regular, es decir él y sus derivadas de primer orden son

continuos en una región de simplemente conexa, V.

Entonces el teorema de Gauss establece que

TEOREMA DE GAUSS

V y S denotan

el volumen de interés

y

la superficie cerrada que lo limita

ds = n da

Normal

siempre

SALIENTE

n

Page 7: COORDENADAS CILÍNDRICAS las variables independientes son

7

TEOREMA DE STOKES

Convención de la “mano derecha”

La integral de línea de un vector alrededor

de una curva cerrada C es igual al flujo de

su rotacional sobre cualquier superficie

limitada por la curva S

Page 8: COORDENADAS CILÍNDRICAS las variables independientes son

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𝐅 = 𝜑𝐂 , C = vector constante

𝐂 ∙ 𝛁𝜑 𝑑𝑉 = 𝐂 ∙ 𝜑 𝐧𝑑𝑎

Siendo C arbitrario, será

∴ 𝐂 ∙ 𝛁𝜑 𝑑𝑉 − 𝜑 𝐧𝑑𝑎 = 0

𝛁𝜑 𝑑𝑉 = 𝜑 𝐧𝑑𝑎 𝛁𝜑 𝑑𝑉 − 𝜑 𝐧𝑑𝑎 = 0

OTROS TEOREMAS DERIVADOS DE GAUSS Y STOKES

Page 9: COORDENADAS CILÍNDRICAS las variables independientes son

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𝐅 = 𝜑𝐂 , C = vector constante

𝛁𝜑 × 𝐂 ∙ 𝐧 𝑑𝑎 = 𝜑𝐂 ∙ 𝑑𝐥

− 𝐂 × 𝛁𝜑 ∙ 𝐧 𝑑𝑎 = − 𝐂 ∙ 𝛁𝜑 × 𝐧 𝑑𝑎 = 𝐂 ∙ 𝐧 × 𝛁𝜑 𝑑𝑎 = 𝐂 ∙ 𝜑𝑑𝐥

𝐂 ∙ 𝐧 × 𝛁𝜑 𝑑𝑎 − 𝜑𝑑𝐥 = 0

Siendo C arbitrario, será 𝐧 × 𝛁𝜑 𝑑𝑎 = 𝜑𝑑𝐥 𝐧 × 𝛁𝜑 𝑑𝑎 − 𝜑𝑑𝐥 = 0

Page 10: COORDENADAS CILÍNDRICAS las variables independientes son

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𝛁⨂𝛹 𝑑𝑉 = 𝛹⨂𝐧𝑑𝑎

𝛹 arbitraria: escalar o vector

⨂ compatible con 𝛹

En general serán

Siendo

𝛁𝜑 𝑑𝑉 = 𝜑 𝐧𝑑𝑎 ….

Page 11: COORDENADAS CILÍNDRICAS las variables independientes son

SISTEMA GENERALIZADO DE COORDENADAS ORTOGONALES

Un sistema generalizado de coordenadas ortogonales se define (análogamente a los

tratado anteriormente) mediante un origen y un sistema de ejes ortogonales

determinados por el conjunto de vectores que forman su base.

Las variables independientes son .

Los vectores unitarios ortogonales son , que cumplen las condiciones

de ortogonalidad , etc.

Las superficies cte , son ortogonales entre sí.

A un sistema definido de esta manera se le conoce como sistema curvilíneo

generalizado de coordenadas ortogonales.

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Page 12: COORDENADAS CILÍNDRICAS las variables independientes son

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Un campo vectorial en este sistema se representa por

Las longitudes elementales en las direcciones

de los ejes de coordenadas son

Los términos son los

FACTORES DE ESCALA

y son distintos para cada sistema

Page 13: COORDENADAS CILÍNDRICAS las variables independientes son

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= FACTORES

DE ESCALA

Page 14: COORDENADAS CILÍNDRICAS las variables independientes son

La longitud elemental :

El volumen elemental :

Los términos son

los FACTORES DE ESCALA y

son distintos para cada sistema.

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Page 15: COORDENADAS CILÍNDRICAS las variables independientes son

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GRADIENTE

V es una función

Page 16: COORDENADAS CILÍNDRICAS las variables independientes son

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GRADIENTE

V es una función

Page 17: COORDENADAS CILÍNDRICAS las variables independientes son

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DIVERGENCIA

Page 18: COORDENADAS CILÍNDRICAS las variables independientes son

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DIVERGENCIA

Coordenadas cilíndricas

Coordenadas esféricas

Page 19: COORDENADAS CILÍNDRICAS las variables independientes son

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DIVERGENCIA

Page 20: COORDENADAS CILÍNDRICAS las variables independientes son

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LAPLACIANO

Page 21: COORDENADAS CILÍNDRICAS las variables independientes son

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LAPLACIANO

Cilíndricas

Esféricas

Page 22: COORDENADAS CILÍNDRICAS las variables independientes son

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ROTACIONAL

Page 23: COORDENADAS CILÍNDRICAS las variables independientes son

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ROTACIONAL

Coordenadas cilíndricas

Coordenadas esféricas

Page 24: COORDENADAS CILÍNDRICAS las variables independientes son

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Para desarrollar aplicamos el teorema de Stokes

en una superficie pequeña cuya área tiende a cero.

Trabajando con una componente a la vez,

se considera un elemento de superficie

diferencial en la superficie curvilínea u1 = cte

Page 25: COORDENADAS CILÍNDRICAS las variables independientes son

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Trabajando con una componente a la vez,

consideramos un elemento de superficie diferencial

en la superficie curvilínea u1 = cte

Page 26: COORDENADAS CILÍNDRICAS las variables independientes son

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Trabajando con una componente a la vez,

consideramos un elemento de superficie diferencial

en la superficie curvilínea u1 = cte

Page 27: COORDENADAS CILÍNDRICAS las variables independientes son

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Coordenadas cilíndricas

Coordenadas esféricas

Page 28: COORDENADAS CILÍNDRICAS las variables independientes son

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CILÍNDRICAS

ESFÉRICAS

EN RESUMEN

Page 29: COORDENADAS CILÍNDRICAS las variables independientes son

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IDENTIDADES DE GREEN

Primera

identidad de

Green

Ley de Gauss

Page 30: COORDENADAS CILÍNDRICAS las variables independientes son

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Segunda

identidad de

Green

Ley de Gauss

Page 31: COORDENADAS CILÍNDRICAS las variables independientes son

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FUNCIÓN DELTA DE DIRAC

Se define como:

La integral se extiende

a todo el espacio

Page 32: COORDENADAS CILÍNDRICAS las variables independientes son

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FUNCIÓN DELTA DE DIRAC

Se define como:

La integral se extiende

a todo el espacio

En una dimensión

Page 33: COORDENADAS CILÍNDRICAS las variables independientes son

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FUNCIÓN DELTA DE DIRAC

Se define como:

La integral se extiende

a todo el espacio

En una dimensión

Page 34: COORDENADAS CILÍNDRICAS las variables independientes son

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FUNCIÓN DELTA DE DIRAC

Propiedades de la función delta

Dada una

función

Page 35: COORDENADAS CILÍNDRICAS las variables independientes son

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FUNCIÓN DELTA DE DIRAC

Expresión de una carga puntual situada en el punto :

Propiedades de la función delta

Dada una

función

Page 36: COORDENADAS CILÍNDRICAS las variables independientes son

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RESUMEN

DE

ELEMENTOS

MATEMATICOS

ÚTILES

Page 37: COORDENADAS CILÍNDRICAS las variables independientes son

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ELEMENTOS DE LONGITUD Y VOLUMEN

Page 38: COORDENADAS CILÍNDRICAS las variables independientes son

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FÓRMULAS

DE

ANÁLISIS VECTORIAL

Page 39: COORDENADAS CILÍNDRICAS las variables independientes son

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Page 40: COORDENADAS CILÍNDRICAS las variables independientes son

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TRASFORMACIÓN

DE

COMPONENTES

Page 41: COORDENADAS CILÍNDRICAS las variables independientes son

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