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ベクトル場 📂数理物理学

ベクトル場

定義

物理学における ベクトル場vector fieldとは、空間の各ベクトル(点)に対してベクトル値を対応させるもので、すなわち次のような関数を指す。

$$ f: \mathbb{R}^{n} \to \mathbb{R}^{m} $$

説明

同じ意味で使われる語に ベクトル(値)関数 がある。という名前が付けられた関数は、その定義域の元がベクトルであることを意味する。したがってベクトル場とは、ベクトルをベクトルに対応させる関数である。

함수대응관계예시
스칼라 필드벡터 $\mapsto$ 🔒(26/04/27)스칼라점 $(x, y, z)$에서의 온도
$T = T(x,y,z)$
벡터 필드벡터 $\mapsto$ 벡터점 $(x, y, z)$에서 물체의 속도
$\mathbf{v} = \mathbf{v}(x, y, z) = \begin{bmatrix} v_{x}(x,y,z) \\ v_{y}(x,y,z) \\ v_{z}(x,y,z) \end{bmatrix}$
텐서 필드벡터 $\mapsto$ 텐서점 $(x, y, z)$에서 물체가 받는 응력
$\sigma = \sigma(x, y, z) = \begin{bmatrix} \sigma_{xx} & \sigma_{xy} & \sigma_{xz} \\ \sigma_{yx} & \sigma_{yy} & \sigma_{yz} \\ \sigma_{zx} & \sigma_{zy} & \sigma_{zz} \end{bmatrix}$

例として以下のものがある。

  • (線)速度 $$ \mathbf{v}(x, y, z) = (v_x(x, y, z), v_y(x, y, z), v_z(x, y, z)) $$

  • 角速度 $$ \boldsymbol{\omega}(x, y, z) = (\omega_x(x, y, z), \omega_y(x, y, z), \omega_z(x, y, z)) $$

  • 電場 $\mathbf{E}$: $$ \mathbf{E}(x, y, z) = (E_x(x, y, z), E_y(x, y, z), E_z(x, y, z)) $$

  • 磁場 $\mathbf{B}$: $$ \mathbf{B}(x, y, z) = (B_x(x, y, z), B_y(x, y, z), B_z(x, y, z)) $$