为啥学物理和数学老是看到?

为啥学物理和数学老是看到?点击上方超级数学建模可加关注传播数学干货 学会理性的方式去思考问题为什么圆周率 在各种物理数学公式里面经常出现 因为本质是 泊松方程的开空间格林函数

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传播数学干货,学会理性的方式去思考问题

为什么圆周率 π 在各种物理数学公式里面经常出现?

因为本质是,泊松方程的开空间格林函数

物理学中很多物理关系都涉及同一个方程

Poisson’s equation

为啥学物理和数学老是看到?
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这个方程在开空间中, 存在一个解析解

为啥学物理和数学老是看到?

其中, 为啥学物理和数学老是看到?是开空间的格林函数,在三维情况下,

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其中, 为啥学物理和数学老是看到?

是空间中两点的距离.。

并且,我们有

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(delta函数)


——————————背景介绍完毕
——————————–

对于重力场来说,如果给定一个连续的密度分布,重力场势满足

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而空间中的每一点所受的重力加速度,则由

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来得到。现在我们带入格林函数,并且在x处求梯度,我们有

为啥学物理和数学老是看到?

为啥学物理和数学老是看到?是对方向向量的单位化, 而这个也就是我们所熟知的万有引力定理了。

–相同质量粒子之间有引力, 力度的大小与距离的平方成反比。

其中为啥学物理和数学老是看到?就是那个万有引力常量。

对于静电场力,同样的,给定一个连续的电密度分布,我们有:

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静电粒子受的静电力加速度则由

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给出。 此时,我们使用刚才同样的推导方法,不难得到

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也就是静电场力:相同粒子之间存在斥力,力度的大小与距离的平方成反比。

对于电磁场或者流体里面的涡旋流,我们通常有一个稍微复杂点儿的关系:

给定一个连续的涡旋强度分布(或者电流强度分布),存在一个流函数(stream function)

满足

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使得我们的速度场(或者电磁力场)可表达为该流函数的curl(为啥学物理和数学老是看到?)

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具体运算给大家留作练习(对右边的积分在x处求curl), 其答案是

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也就是大家所知的右手旋转定理.。Biot-Savart law

而这也就是为什么那么多物理方程中,都有那么一个为啥学物理和数学老是看到?的原因,因为格林函数是这些方程的基础解。

而我们需要

为啥学物理和数学老是看到?

为啥学物理和数学老是看到?就由于对delta函数的归一化需求应运而生了。

参考:

via:张心欣(知乎)

by Jade

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