Kurveintegraler, fluks, sirkulasjon, divergens, virvling



Like dokumenter
Kurveintegraler, fluks, sirkulasjon, divergens, virvling

Kurveintegraler, fluks, sirkulasjon, divergens, virvling

Partieltderiverte og gradient

Tillegg om flateintegraler

UNIVERSITETET I OSLO

Løsningsforslag til eksamen i TMA4105 matematikk 2,

Integraler. John Rognes. 15. mars 2011

Feltteori og vektoranalyse. Forelesningsnotater

Velkommen til Eksamenskurs matematikk 2

UNIVERSITETET I OSLO

Differensiallikninger definisjoner, eksempler og litt om løsning

Løsning IM

MAT Grublegruppen Uke 36

Fjæra i a) kobles sammen med massen m = 100 [kg] og et dempeledd med dempningskoeffisient b til en harmonisk oscillator.

Oppgavehefte for Mek 1100

UNIVERSITETET I OSLO

Anbefalte oppgaver - Løsningsforslag

Randkurva C til flata S orienteres positivt sett ovenfra, og kan parametriseres ved: r (t) = [ sin t, cos t, sin t] dt, 0 t 2π.

Tillegg om strømfunksjon og potensialstrøm

Obligatorisk oppgåve 1

Vektorfluks og sirkulasjon, divergens, virvling, strømfunksjonen

Vi regner først ut de nødvendige partiellderiverte for å se om vektorfeltet er konservativt. z = 2z, F 2 F 2 z = 2y, F 3. x = 2x, F 3.

Obligatorisk oppgave 2

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN I GRUNNKURS I ANALYSE I (MA1101/MA6101)

TMA4100 Matematikk 1, 4. august 2014 Side 1 av 12. x 2 3x +2. x 2

Eksamen. Fag: AA6524/AA6526 Matematikk 3MX. Eksamensdato: 6. desember Vidaregåande kurs II / Videregående kurs II

y = x y, y 2 x 2 = c,

. 2+cos(x) 0 og alle biter som inngår i uttrykket er kontinuerlige. Da blir g kontinuerlig i hele planet.

Kurve-, flate- og volumintegraler, beregning av trykkraft

(t) = [ 2 cos t, 2 sin t, 0] = 4. Da z = 2(1 + t) blir kurva C en helix/ei skruelinje på denne flata (se fig side 392).

Arne B. Sletsjøe. Oppgaver, MAT 1012

Oppgavene er hentet fra fagets lærebok, Hass, Weir og Thomas, samt gamle eksamener.

Virvelfrihet, potensialer, Laplacelikningen

Kurve-, flate- og volumintegraler, beregning av trykkraft

Newtons metode - Integrasjon Forelesning i Matematikk 1 TMA4100

Integralsatser: Green, Stokes og Gauss

EKSAMENSOPPGÅVE. Tilletne hjelpemiddel: Godkjend kalkulator og formelsamling og 2 eigne A4-ark (4 sider totalt)

FYS1120 Elektromagnetisme

(1 + x 2 + y 2 ) 2 = 1 x2 + y 2. (1 + x 2 + y 2 ) 2, x 2y

= (2 6y) da. = πa 2 3

Løsningsforslag, midtsemesterprøve MA1103, 2.mars 2010

Vektorfluks og sirkulasjon, divergens, virvling, strømfunksjonen

Sammendrag kapittel 9 - Geometri

Differensiallikninger definisjoner, eksempler og litt om løsning

UNIVERSITETET I OSLO

BYFE DAFE Matematikk 1000 HIOA Obligatorisk innlevering 5 Innleveringsfrist Fredag 15. april 2016 kl 14 Antall oppgaver: 8

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN TMA4105 MATEMATIKK 2 Lørdag 14. aug 2004

Eksamensoppgave i MA1103 Flerdimensjonal analyse

Løsningsforslag AA6526 Matematikk 3MX Privatister 3. mai eksamensoppgaver.org

Oppsummering TMA4100. Kristian Seip. 16./17. november 2015

Øvelse, eksamensoppgaver MAT 1050 mars 2018

MAT jan jan feb MAT Våren 2010

Eksamen, høsten 14 i Matematikk 3 Løsningsforslag

MAT 1001, Høsten 2009 Oblig 2, Løsningsforslag

Vektorfluks og sirkulasjon, divergens, virvling, strømfunksjonen

Integralsatser: Green, Stokes og Gauss

Integrasjon. Hvis f(x) er en gitt funksjon så er integralet av f(x) en samling med alle antideriverte til f(x). Integraltegnet står for en sum

Faktor. Eksamen høst 2005 SØK Innføring i matematikk for økonomer Besvarelse nr 1: -en eksamensavis utgitt av Pareto

Funksjoner i flere variable

Oppsummering MA1101. Kristian Seip. 23. november 2017

TMA4100 Matematikk 1, høst 2013

Løsningsforslag. e n. n=0. 3 n 2 2n 1. n=1

Vår TMA4105 Matematikk 2. Løsningsforslag Øving 2. Norges teknisk naturvitenskapelige universitet Institutt for matematiske fag

Løsning IM

v(t) = r (t) = (2, 2t) v(t) = t 2 T(t) = 1 v(t) v(t) = (1 + t 2 ), t 2 (1 + t 2 ) t = 2(1 + t 2 ) 3/2.

og variasjon av parameterene Oppsummering.

MAT mars mars mars 2010 MAT Våren 2010

Eksamensoppgaver og Matematikk 1B

EKSAMENSOPPGAVE. Vil det bli gått oppklaringsrunde i eksamenslokalet? Svar: JA Hvis JA: ca. kl.10:00 og 12:00

Obligatorisk oppgave 1

Eksamen i emnet MAT111/M100 - Grunnkurs i matematikk I Mandag 15. desember 2003, kl (15) LØYSINGSFORSLAG OPPGÅVE 2:

Den deriverte og derivasjonsregler

EKSAMENSOPPGAVE. KRAFT I og II Hall del 2 Kraft sportssenter Ingen

Oppsummering TMA4100. Kristian Seip. 26./28. november 2013

Sammendrag R mai 2009

Løsningsforslag. 3 x e. g(x) = 1 + x4 x 2

Kapittel 2. Antiderivering. 2.1 Derivasjon

Figur 1: Volumet vi er ute etter ligger innenfor de blå linjene. Planet som de røde linjene ligger i deler volumet opp i to pyramider.

TMA4100: Repetisjon før midtsemesterprøven

Alternativ II: Dersom vi ikke liker å stirre kan vi gå forsiktigere til verks. Først ser vi på komponentlikninga i x-retning

Vår TMA4105 Matematikk 2. Løsningsforslag Øving 6. 5 Exercise Exercise

The full and long title of the presentation

TMA4100 Matematikk 1, høst 2013

MA1102 Grunnkurs i analyse II Vår 2019

Arne B. Sletsjøe. Kompendium, MAT 1012

Notater til eksamensforelesning i TMA4105

Eksempler på felter. Til orientering. MEK1100, FELTTEORI OG VEKTORANALYSE våren Matematisk Institutt, UiO. Eksempler Mek1100

Oppgaver og fasit til seksjon

Alle svar skal grunngis. Alle deloppgaver har lik vekt.

TMA4105 Matematikk2 Vår 2008

Som vanlig er enkelte oppgaver kopiert fra tidligere års løsningsforslag. Derfor kan notasjon, språk og stil variere noe fra oppgave til oppgave.

Definisjoner og løsning i formel

MAT jan jan jan MAT Våren 2010

Gradientvektoren, vektorfelt, strømlinjer, feltlinjer

Eksamen IRF30014, høsten 15 i Matematikk 3 Løsningsforslag

x 2 = x 1 f(x 1) (x 0 ) 3 = 2 n x 1 n x 2 n 0 0, , , , , , , , , , , 7124

Løsningsforslag til eksamen i MAT111 Vår 2013

Derivasjon Forelesning i Matematikk 1 TMA4100. Hans Jakob Rivertz Institutt for matematiske fag 30. august 2011

Oppsummering matematikkdel

Transkript:

Kurveintegraler, fluks, sirkulasjon, divergens, virvling Kap 4 Matematisk Institutt, UiO MEK1100, FELTTEORI OG VEKTORANALYSE våren 2009

Framstilling Kommentarer, relasjon til andre kurs Kurveintegraler framstilles ganske likt med MAT1100, men vi har litt andre type og tolkninger. I kompediet i MEK1100 er kurveintegraler diskutert kort i kap. 6. I år foreleser vi stoffet fyldigere og sammen med kap. 4. Litt numerisk vinkling. Fysisk inspirerte utledninger av viktige derivasjonsoperatorer Mye av stoffet er lagt ut som tillegg til kompediet. Alt som er på lysark finnes enten i tillegg eller kompendium.

... Struktur 1 Kurver 2 Utvikling av kurveintegral av skalarprodukt. Utgangspunkt i diskretisering Midtpunktmetode formuleres og egenskaper diskuteres Relasjon til vanlig integral Notasjoner 3 Fluksintegral 4 Trykkintegral 5 Sirkulasjon og nettofluks 6 Divergens 7 Virvling

Kurver Uttrykt som likning R 2 : f (x, y) = 0, (1) R 3 : f (x, y, z) = 0 definerer plan, f (x, y, z) = 0 og g(x, y, z) = 0 skjæring av to plan; dvs. kurve Uttrykt ved parameterisering r(t) = x(t)i + y(t)j + z(t)k, (2) t er parameter og x(t), y(t) og z(t) er skalarfunksjoner av t. Mange valg og tolkninger for t.

... Spesialtilfelle, x som parameter r(x) = xi + y(x)j + z(x)k. Spesialtilfelle, y som parameter r(y) = x(y)i + yj + z(y)k.

Rett linje Likning Parmeterisering ax + by + c = 0, x(t)i + y(t)j = r(t) = r 0 + vt = (x 0 + v x t)i + (y 0 + v y t)j Må ha (hvorfor?) v normal på ai + bj og ax 0 + by 0 + c = 0. Stor valgfrihet, untatt hvis feks. r=posisjon og t=tid.

Derivering av r(t) dr dt = lim r(t+ t) r(t) t 0 t ( x(t+ t) x(t) t = lim t 0 = x (t)i + y (t)j + z (t)k, der x er det samme som dx dt. dr dt er tangent til kurven i + y(t+ t) y(t) t Hvis r= posisjonsvektor og t=tid er dr dt =hastighet ) j + z(t+ t) z(t) t k (3)

y dr dt r/ t x r/ t og dr/dt. Lengde av derivert avhenger av enheter/skalering.

Kurvegeometri Differensial dr = dr dt dt = x dti + y dtj + z dtk = dxi + dyj + dzk Buelengdedifferensial ds = dr dt dt = dr = dx 2 + dy 2 + dz 2 = dvs. og enhetstangent (x ) 2 + (y ) 2 + (z ) 2 dt s (t) = dr dt (x = ) 2 + (y ) 2 + (z ) 2, (4) t = 1 dr s (t) dt.

Enhetsnormal i R 2 N = dr dt k = y i x j. Fordi N = dr dt = s (t) er enhetsnormalen n er også enhetsnormal n = N s (t) = y i x j s = (t) y i x j (x ) 2 + (y ) 2.

NYTT TEMA Kurveintegraler

Definisjon Akkumulering (summering) av en størrelse lang en kurve Viktig tilfelle Akkumulering av arbeid på partikkel langs en kurve Arbeid Arbeid = kraft ganger vei, benevning J = N m W = F s Vektorform; bare komponent av F langs vei gjør arbeid. W = F r (5) Uttrykk gjelder for F=konstant og rettlinjet vei. Hva er arbeid når F(r) og veien er en kurve?.

Diskretiseringer (eksempler) y polygon r n y tangenter r(t 5 ) C C r(t 1 ) r(t 2 ) r 1 x x Ide: Estimerer arbeid ved at W = F r brukes på hvert rett linjestykke med passende konstant verdi for F.

Bruk av tangenter Parameterisering: r(t), t [a, b] n delintervaller: [0, h], [h, 2h],..,[(n 1)h, nh] der h = (b a)/n Midtpunkt i intervall i : t i = (i 1 2 )h Hvert intervall tilnærmet kurvebit r i = r (t i )h r(t i + 1 2 h) r(t i 1 2 h) På hvert intervall F F(r(t i )) = F i Arbeid på intervall i: F i r i Estimat av totalt arbeid W(n) = n F i r i = n i=1 i=1 F(r(t i )) dr(t i) dt h

Konvergens W(n) avhenger av diskretisering både type og oppløsning (h). Dersom alle fornuftige diskretiseringer gir W(n) som nærmet seg den samme verdi når h 0 ville denne verdien være en fornuftig definisjon av arbeid.

Eksempel y C x r = cos ti + sintj, t [0, π 2 ] F = 1 4 (x y)i + (1 2 x + 3 2 y2 )j (6) Et lite program som beregner W(n) gir n 2 5 10 20 100 500 W(n) 3.56159 1.29244 0.96508 0.96431 0.96406 0.96405 Ser ut til å nærme seg 0.9640.. når h 0.

Relasjon til ordinært integral Definerer vanlig funksjon : g(t) = F(r(t)) r (t) Da følger W(n) = n i=1 F(r(t i )) dr (t i ) h = dt n g(t i )h, (7) i=1 som svarer til midtpunktmetoden (MAT-INF1100) for W = b a g(t)dt. (8) Grenseverdien for (7), når n blir stor, må da svare til integralet i (8).

Midtpunktmetode for 1 2 π 0 g(t)dt for n = 7 g(t) 0 t 4 1 2 π t

Integrasjon i formel Innsetting r = cos ti + sintj, t [0, π 2 ] F = 1 4 (x y)i + (1 2 x + 3 2 y2 )j b g(t)dt = a = 1 2 π 0 1 2 π 0 =... F(r(t)) r (t)dt ( 1 4 (cos t sint)( sint) + (1 2 cos t + 3 2 sin2 t)cos t ) dt = 3 8 + 3π 16 0.964049... Stemmer med numerisk beregnet W(n).

Feilestimat for midtpunktmetode Feil for enkelt intervall E i = t i + 1 2 h t i 1 2 h g(t)dt g(t i )h MAT-INF1100 og tillegg til kompendium K en konstant, M maksimum av g Viktig: feil proposjonal med h 3 E i Kh 3 M, (9) Total feil b a g(t)dt n g(t i )h bkh2 M (10) i=1

Kurveintegral Definsjon W = b a F(r(t)) dr(t) dt. (11) dt r dt = dr parameteruavhengig notasjon W = F dr, (12) C Komponenter F = F x i + F y j og dr = dxi + dyj W = F dr = (F x dx + F y dy) = F x dx + C C C C F y dy. (13)

... NB Det er viktig å huske at feks. C F x(x, y)dx ikke kan integreres ved å antiderivere med hensyn på x og sette inn endepunktene i C. Både x og y vil variere langs C. Dette blir tydelig hvis vi innfører parameteren t i integralene C C b F x dx = F x (x(t), y(t))x (t)dt, F y dy = a b a F y (x(t), y(t))y (t)dt.

Feilestimat til senere C F dr = F(r(ˆt)) dr(ˆt ) h + Rh 3, (14) dt der C er kurvebiten parameterisert over intervallet [ˆt 1 2 h,ˆt + 1 2h] og R er begrenset av en konstant ganger ekstremverdiene av d2 (F dr dt 2 dt ) på dette intervallet.

Når F er en gradient Anta det eksisterer en β(x, y, z) slik at Kurveintegralet blir b a F = β. F(r(t)) dr(t) b dt = dt a β(r(t)) dr(t) dt. dt Kjederegelen gir β(r(t)) r (t) = dβ(r(t)) dt og b a F(r(t)) dr(t) b dt = dt a Integralet er uavhengig av veien. dβ(r(t)) dt = β(r(b)) β(r(a)). dt

... Vi skrive utregningen mer direkte ved dβ = β dr: β dr = dβ = β b β a, (15) C C Analogi til analysens fundamentalteorem d c f (x)dx = f (d) f (c).

Potensiell energi Dersom F er et kraftfelt vil β svare til minus den potensielle energien: V = F. Endringen i potensiell energi er da lik minus det arbeidet som kraften F utfører langs C V b V a = F dr. Hvis arbeidet går til kinetiske energi vil summen av potensiell og kinetisk energi holde seg konstant. C

NYTT TEMA Fluks- og trykkintegraler

Volumstrøm Hastighet v. Volumstrøm, per tid, gjennom flatelement normalt v, med areal dσ Benevning for dq 3 er m 3 / s. dq 3 = ± v dσ, Når flatenormal, n, danner vinkel med v er det bare normalkomponent, v n, som gir volumstrøm dq 3 = v ndσ, Tilsvarende massestrøm er ρv ndσ, der ρ er spesifikk masse. For en hel flate må fluksen integreres(summeres) over flaten flateintegral som gjennomgåes siden.

2D variant: volumstrøm i skiver Studerer skiver med grunnflate i xy-planet og konstant tykkelse B i z-retning. Hastighet v(x, y) uniform i z retning. Grunnflate begrenset av kurve, C, i xy-planet r(t) = x(t)i + y(t)j. dr langs C sideflatesegment med areal dσ = B dr = Bds Volumstrøm dq 3 = v ndσ = v nbds, 2D fluksbegrep: Volumstrøm per tid og per tykkelse med benevning m 2 / s. dq = dq 3 B = v nds,

Geometrisk tolkning av 2D fluks (a) v n = (v n)n (b) v n ds n v s v ds n v dt v h = v n dt Segment, lengde ds, av skive sett ovenfra. Siden segmentet er lite ser det ut som en rett linje (a): Dekomponering av hastigheten (b): Skraverte område: volumstrøm ut i tiden dt. Arealet er hds = ds v n dt.

Kurveintegralet for fluks dq summert over sidekant svarende til kurve C i xy-planet Q = v nds (16) Parameterisering r(t), innsetting ds = s dt Q = v(r(t)) n(t)s (t)dt C C Har fra før n = N/s ns = N = r k = y i x j Q = v nds = (v x y v y x )dt = (v x dy v y dx). (17) C C Må passe på at kurven gjennomløpes slik at n peker mot høyre, sett ovenfra.* C

Trykkintegral langs kontur Trykk: kraft per flate, rettet normalt inn mot flaten. På flatesegment dσ, med enhetsnormal n, blir kraften df = pndσ. (18) Trykk har benevning N/ m 2. Trykk-kraft på flate flateintegral Igjen: ser på sidekanter av skive med tykkelse B. Da er dσ = Bds og df 2 = df/b = pndσ/b = pnds, der df 2 har bevevning N/ m dvs. kraft per lengde. Summert langs profil definert ved kurve c i x, y-planet F 2 = pnds. (19) C

... Dekomponering F 2 = F x i + F y j. F 2 = pns (t)dt = p(y i x j)dt = i dvs C C F x = C pdy, F y = C C pdx pdy + j C pdx. Nok en gang: må huske at både x og y varierer langs C; generelt er det feil å antiderivere p mhp. y og x. (20)

Eksempel, trykk på dam y g p = p 0 x dr n v = 0 x = b(y) y = H Likevekt hydrostatisk trykk: p = p 0 ρgy (tas bare for gitt nå) Ex H08: finn kraften på profilen når. b(y) = αy 2

... Bruker y som parameter Dette gir r(y) = b(y)i + yj = αy 2 i + yj. F x = p(y)dy = C = p 0 H 1 2 ρgh2, 0 H (p 0 ρgy)dy = [ p 0 y 1 2 ρgy2] 0 H F y = C p(y)dx = C p(y) dx dy dy = 0 H (p 0 ρgy)b (y)dy = 0 H (p 0 ρgy)2αydy = = [ α(p 0 y 2 2 3 ρgy3 ) ] 0 H = α ( p 0 H 2 + 2 3 ρgh3).

NYTT TEMA Nettofluks, sirkulasjon divergens og virvling

Sirkulasjon Sirkulasjon for en lukket kurve, λ Γ = v dr, (21) som har mening både i to og tre dimensjoner. integrasjonen omkring lukket kurve Omløpsretning må defineres I R 2 er omløpsretning vanligvis mot urviserne sett ovenfra (fra positive z verdier λ (21) er samme type integral som arbeidsintegralet, med F erstattet med v.

Volumfluks ut av et lukket område Volumfluksen per tykkelse og tid ut av en lukket skive Q = v nds. (22) λ er skivens omriss i xy-planet n er rettet ut av området ds regnes positiv Q > 0 nettostrøm ut av området Q < 0 nettostrøm inn i området λ

Divergens av vektorfelt λ snøres sammen til punkt, r 0 Q 0. Hva med netto relativ utstrømning? Q A = 1 v nds, A der A er arealet omsluttet av λ. λ snøres sammen til r 0 både Q og A 0 Divergens definert som grenseverdi Skalarfeltet v er divergensen λ Q v(r 0 ) = lim A 0 A. (23)

... 1 Eksisterer grensen i det hele tatt? 2 Dersom den eksisterer er det klart den avhenger av feltet v og posisjonen r 0, men er det likegyldig hvordan vi snører sammen kurven λ? 3 Er det en mer direkte relasjon mellom vektorfeltet v og skalarfeltet v? 4 Hvorfor bruker vi den spesielle notasjonen? 1 og 2 kan besvares med ja når vi har gjennomgått integralsatsene. 3 skal vi besvare ved å se på grensen for enkle kurver λ 4 besvares fra resultat i 3

Utstrømning av et rektangel v y n = j λ 2 n = i λ 1 h (x 0, y 0 ) v x λ 3 h n = i n = j Rektangel λ med enhetsnormaler og oppdeling, areal A = h 2. Vi lar område 0 ved h 0. Det fokuseres først på fluks gjennom λ 1 : Q 1. λ 4

Bruk av numerisk integrasjonsformel Q 1 = v ids = λ 1 y 0 + 1 2 h y 0 1 2 h v x (x 0 + 1 h, y)dy 2 Når h er liten kan vi kanskje bruke midtpunktmetoden? F dr = F(r(ˆt)) dr(ˆt ) h + Rh 3, dt C gir her Q 1 = hv x (x 0 + 1 2 h, y 0) + R 1 h 3 der R 1 er begrenset av M = 1 24 max 2 v x y 2 på λ 1 Vi kan ignorere feilledd R 1 h 3, hvorfor?

... Skal finne Q lim h 0 A = lim Q 1 + Q 3 + Q 2 + Q 4 h 0 h 2. Bidrag fra feilledd i Q 1 i siste brøk er R 1 h 3 h 2 = hr 1, som 0 når h 0. Feilledd kan sløyfes for alle fire sider (λ i, i = 1, 2, 3, 4). Deler opp Q lim h 0 A = lim Q 1 + Q 3 Q 2 + Q 4 h 0 h 2 + lim h 0 h 2. Dvs. tar λ 1 + λ 3 (parallelle med y-aksen) og λ 2 + λ 4 (parallelle med x-aksen) hver for seg.

n = i λ 3 λ 2 h v y n = j (x 0, y 0 ) λ 1 v x n = i h n = j λ 4 y 0 + 1 2 h 1 Q 3 = v ( i)ds = v x (x 0 2 h, y)dy hv x(x 0 1 h, y)h. 2 λ 3 y 0 1 2 h

Q 1 + Q 3 lim h 0 h 2 = lim h 0 = v x(x 0, y 0 ) x ( vx (x 0 + 1 2 h, y 0) v x (x 0 1 2 h, y ) 0) Dividert differanse svarer til midtpunktformelen for den deriverte. Q 1 + Q 3 kan leses som: fluks ut λ 1 - fluks inn λ 3, der fortegn kommer fra retning på n. h

Samme behandling av Q 2 + Q 4 Q 2 = Q 4 = Midtpunktformel v jds = λ 2 Q 2 + Q 4 lim h 0 h 2 = lim h 0 x 0 + 1 2 h x 0 1 2 h v y (x, y 0 + 1 2 h)dx, x 0 + 1 2 h v ( j)ds = v y (x, y 0 1 2 h)dx. x λ 0 1 4 2 h = v y(x 0, y 0 ) y ( vy (x 0, y 0 + 1 2 h) v y(x 0, y 0 1 2 h) ) h

Divergensen Q v = lim h 0 A = lim Q 1 + Q 3 + Q 2 + Q 4 h 0 Grenseovergang derivasjonsoperator Uttrykk for divergens (spørsmal 3) h 2 = v x(x 0, y 0 ) x v = v x x + v y y + v y(x 0, y 0 ). y

Hvorfor notasjon v (spørsmål 4)? Skrivemåten v er motivert av den formelle regningen ( v = i x + j ) (v x i + v y j) y Tilsvarende i 3D: = i i v x x + j i v x y + i j v y x + j j v y y = v x x + v y y. Divergensen av v = v x i + v y j + v z k er v = v x x + v y y + v z z

Hvorfor er divergens viktig? Divergens er utstrømning/innstrømning til et punkt. Begrep er helt avgjørende for å forstå og beskrive oppførsel av væskestrøm. Divergens er viktig i andre sammenhenger enn væskestrøm Fluksregnskap for små rektangler (bokser, celler), med feks. midtpunktmetode for integraler langs sideflatene, er viktige i konstruksjon av modeller for feks. dynamikk i hav og atmosfære.

Virvlingen til et 2D vektorfelt Som for relativ utstrømning ser vi på grenseovergangen Γ lim A 0 A = lim 1 v dr. (24) A 0 A For å slippe å gjenta utregningene innfører vi den roterte hastighet ṽ = v y i v x j = v k. v dr = (v x dx + v y dy) = ( ṽ y dx + ṽ x dy) = ṽ nds, λ Tidligere resultater gir λ λ λ Γ lim A 0 A = ṽ x x + ṽ y y = v y x v x y. (25) Siste uttrykket representerer størrelsen av virvlingen λ

Virvlingen, notasjon og utregning Virvlingensvektoren i 2D i j k v = x y 0 v x v y 0 = Formell determinant i analogi med kryssprodukt Vi kan skrive 1 lim v dr = k v. A 0 A λ Eller si at for små A er v dr Ak v. λ Disse uttrykkene blir generalisert og skjerpet senere ( vy x v ) x k. (26) y

Virvlingensvektoren i 3D A = = i j k x y z A x A y A z ( ) ( ) ( ) A z y Ay A z i + x z Az A x j + y x Ax y k. (27)