如何通俗的理解散度?

我喜歡吃醋發表於2020-11-24

數學沒有物理就是瞎子,物理沒有數學就是跛子
結合物理理解散度與旋度
通量的概念:單位時間通過單位面積的量。
太陽輻射與輻射通量
問:太陽每秒會向外釋放多少能量?
一種比較直觀的方法就是計算每秒有多少輻射量通過太陽表面。
太陽

為了方便觀看,我們將其投影在二維平面:在這裡插入圖片描述
太陽每時每刻都在向外釋放能量在這裡插入圖片描述沿著太陽表面,做一條封閉曲線(對於太陽體而言,其實是封閉的曲面)在這裡插入圖片描述
粗略的來說,我們把曲面上的
在這裡插入圖片描述
給加起來就是通過此曲面的通量。
在這裡插入圖片描述
在不同的點,方向不一樣,我們應該怎麼相加?
這裡用太陽輻射的模型不太好說明,我們換一個模型來描述。
我有一間房子,請無視我的靈魂畫法:在這裡插入圖片描述
為了方便數學建模,我們把它表示為一個多邊形:在這裡插入圖片描述
屋頂下著垂直地面的雨滴:在這裡插入圖片描述
如果屋頂有一個天窗忘了關,地面就會有一灘水漬:
在這裡插入圖片描述
如果在垂直的牆壁上的窗戶忘記關了,地上是不會有水漬的
可以觀察到,水漬在雨水和窗戶垂直的時候取到最大值,相切的時候取到最小值。在中間的時候水漬的大小是窗戶與雨水垂直方向的投影。所以我們只需要關注在這裡插入圖片描述
垂直於曲面的分量就可以了:在這裡插入圖片描述
根據上面所述,通量就是把曲面上的在這裡插入圖片描述
通過積分積起來。我們很容易推出,對於整個曲面,他的通量為在這裡插入圖片描述
注:轉載知乎馬同學

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