Vectoren, vraagstuk 82

Gegeven het vectorveld:
Het oppervlak S is de wand (mantel en bodem) van een omgekeerde kegel met de top in de oorsprong waarvan de bodem een cirkelschijf met straal 4 is op hoogte z = 4. Bereken de naar buiten gerichte flux van v door S.

Het vectorveld v
De (omgekeerde) kegel is een cirkel waarvan de straal toeneemt met z:

De grafiek van z = (x2 + y2)1/2
Dit plaatje is waarschijnlijk duidelijker:

De grafiek van z = (x2 + y2)1/2
De bodem (B) is een cirkelschijf, een verzameling cirkels met maximale straal r = 4 op hoogte z = 4:
Voor een cirkel geldt immers:
Voor zowel de mantel (M) als de cirkelschijf geldt dus voor de straal:
De totale flux door de kegelwand (bodem + mantel) is:

Gauss

Volgens meneer Gauss geldt ook voor deze kegel de stelling van Gauss:

kennen we als volgt:
Dan wordt het inwendig product v:
Deze kegel, een omwentelingslichaam om de z-as, vraagt gewoon om cilindercoördinaten:


Het omschrijven naar cilindercoördinaten levert dit resultaat op:
In cilindercoördinaten geldt voor een volumestukje dV:
De grenzen van de kegel zijn:


De uitwerking van de integraal wordt dan: