Vectoren, vraagstuk 74

Veldlijnen van een in poolcoördinaten gegeven vectorveld.

Bekijk het vectorveld:
Vergelijking
Noem de parametervoorstelling van een veldlijn:
Vergelijking
  1. Laat zien dat de coördinaatfuncties van een veldlijn oplossingen zijn van het stelsel differentiaalvergelijkingen:
    Vergelijking
    Vergelijking
  2. Bepaal de parametervoorstelling (in poolcoördinaten) van de veldlijn door het punt (1, 0) van het vectorveld:
    Vergelijking
  3. Bepaal voor de gevonden veldlijn r als functie van θ, zodat de veldlijn getekend kan worden.
  1. Laat zien dat de coördinaatfuncties van een veldlijn oplossingen zijn van het stelsel differentiaalvergelijkingen:
    Vergelijking
    Vergelijking
    Voor de snelheid in de richting van r (de tangentiële snelheid) geldt:
    Vergelijking
    Voor de snelheid in de richting van θ (de radiële snelheid) ligt het iets gecompliceerder. We kennen (neem ik aan):
    Vergelijking
    Door deze vergelijking te verbouwen krijg ik:
    Vergelijking
    Samengevat hebben we nu:
    Vergelijking
    Vergelijking
  2. Bepaal de parametervoorstelling (in poolcoördinaten) van de veldlijn door het punt (1, 0) van het vectorveld:
    Vergelijking
    Grafiek
    Het vectorveld v
    Uit de parametervoorstelling van het vectorveld kan ik aflezen dat:
    Vergelijking
    Vergelijking
    Hieruit kan ik door integratie r (t) en θ (t) berekenen als volgt:
    Vergelijking
    Vergelijking
    Door t = 0 te kiezen en het punt (1, 0) in te vullen vind ik de beide constanten:
    Vergelijking
    Vergelijking
    Zodat de veldlijn tenslotte wordt:
    Vergelijking
  3. Bepaal voor de gevonden veldlijn r als functie van θ, zodat de veldlijn getekend kan worden.

    Voor r geldt dat:
    Vergelijking
    Hiermee kunnen we θ schrijven als:
    Vergelijking
    Samengevat:
    Vergelijking
    Vergelijking
    Grafiek
    De grafiek van r (θ) = eθ