Лінійний інтеграл
Визначення лінійного інтеграла
Нехай у просторовій області визначено безперервне векторне поле — гладка крива, розташована в . Лінійним інтегралом поля уздовж лінії називається криволінійний інтеграл по довжині дуги від скалярного твори на одиничний дотичний вектор .
Як і потік, цей інтеграл може представлятися по-різному. Так, якщо врахувати, що похідна на дає зміна радіуса-вектора точки , тобто ,то і Отже, лінійний інтеграл може бути виражений і через лінійний інтеграл по координатах.
Фізичний сенс лінійного інтеграла
якщо — силове поле, то дорівнює роботі цього поля при переміщенні матеріальної точки вздовж лінії см. розділ Потрійні інтеграли.
Основні властивості лінійного інтеграла
1)лінійність
2)адитивність
.
Направлення на кожній з частин і має бути таким же, як і на всій кривій ,
3). При зміні напрямку вздовж лінійний інтеграл змінює знак.
Це випливає з того, що вектор змінюється на .
4). Якщо — векторна лінія поля і рух відбувається в напрямку поля, то . У цьому випадку вектор колінеарний , тому .
Обчислення лінійного інтеграла
Як і будь-який криволінійний інтеграл, лінійний інтеграл обчислюється зведенням до певного інтеграла по параметру на кривій, зазвичай обчислюють криволінійний інтеграл . Якщо крива при параметричному завданні має вигляд
- безперервно диференціюються, то
Напрямок інтегрування визначається напрямом руху по кривій.
Циркуляція векторного поля
Циркуляцією називається лінійний інтеграл векторного поля по замкнутій кривій .
Зазвичай кажуть, що циркуляція характеризує обертальну здатність поля. Мається на увазі наступне. Якщо векторні лінії поля замкнені, то, як ми бачили, циркуляція по ним в напрямку поля позитивна, при цьому в гідродинамічної інтерпретації частки рідини крутяться по цим замкнутим лініях. Нехай тепер лінії струму довільні, уявімо в обсязі замкнутий контур . Якщо в результаті руху рідини цей контур буде обертатися, то поле володіє обертальної здатністю, абсолютна величина циркуляції визначатиме кутову швидкість обертання {чим більше | |, тим вище швидкість}, знак циркуляції покаже, чи збігається напрямок обертання з напрямком інтегрування.