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भौतिकी · 术语表

什么是 लाग्रांजीय और ऑयलरीय वर्णन?

परिभाषा 2.2 विश्वविद्यालय भौतिकी — वर्ष 2 · 第 2 章 — तरल की शुद्धगतिकी

लाग्रांजीय वर्णन हर तरल कण के पीछे चलता है: समय और कण की आरंभिक स्थिति के फलन के रूप में उसकी स्थिति r→(t)\vect r(t) और वेग  ⁣dr→/ ⁣dt\dd\vect r/\dd t। ऑयलरीय वर्णन हर स्थिर बिंदु MM और समय tt पर उस कण का वेग v→(M,t)\vect v(M, t) देता है, जो उस क्षण MM से होकर गुज़र रहा है। पथ-रेखा किसी कण का प्रक्षेप-पथ है; समय tt पर धारा-रेखा वह वक्र है जो हर बिंदु पर v→(M,t)\vect v(M, t) की स्पर्शरेखा हो; और धारा-नलिका किसी बंद वक्र से होकर जाती धारा-रेखाओं से बना पृष्ठ है। प्रवाह स्थायी तब कहलाता है जब ऑयलरीय क्षेत्र समय पर निर्भर न करें, ∂v→/∂t=0→\partial\vect v/\partial t = \vect 0; तब धारा-रेखाएँ और पथ-रेखाएँ संपाती और अचल होती हैं।

बाएँ: स्थायी अभिसारी प्रवाह — धारा-रेखाएँ अचल हैं, कोई चिह्नित कण उनमें से एक पर चलता है और नलिका के सँकरे होते ही त्वरित होता है। दाएँ: ऑयलरीय वर्णन स्थिर बिंदुओं पर वेग सदिश लिखता है; लाग्रांजीय वर्णन किसी एक कण के पीछे उसकी पथ-रेखा पर चलता है।
बाएँ: स्थायी अभिसारी प्रवाह — धारा-रेखाएँ अचल हैं, कोई चिह्नित कण उनमें से एक पर चलता है और नलिका के सँकरे होते ही त्वरित होता है। दाएँ: ऑयलरीय वर्णन स्थिर बिंदुओं पर वेग सदिश लिखता है; लाग्रांजीय वर्णन किसी एक कण के पीछे उसकी पथ-रेखा पर चलता है।

示例

उदाहरण 2.3 (एक ही प्रवाह के दो वर्णन)

SS काट वाली बगीचे की नली में QQ प्रवाह दर पर पानी हर जगह v=Q/Sv = Q/S से चलता है: ऑयलरीय क्षेत्र एकसमान है और हर कण की लाग्रांजीय गति भी एकसमान। पतली होती टोंटी में ऑयलरीय क्षेत्र अब भी स्थायी है, पर अक्ष के अनुदिश vv बढ़ता जाता है: हर कण गुज़रते समय त्वरित होता है, यद्यपि किसी स्थिर बिंदु पर समय के साथ कुछ नहीं बदलता। ऑयलरीय वर्णन को सबसे पहले यही व्यक्त करना सीखना है।

उदाहरण 2.15 (तीन समतल प्रवाह)

(क) स्थगन प्रवाह v→=k(x,−y)\vect v = k(x, -y): div⁡v→=0\operatorname{div}\vect v = 0, ω→=0→\vect\omega = \vect 0, φ=12k(x2−y2)\varphi = \tfrac12k(x^2 - y^2); धारा-रेखाएँ xy=अचरxy = \text{अचर}, अर्थात् अतिपरवलय — अक्ष के पास दीवार से टकराती धार। (ख) बिंदु भँवर v→=Γ2πre→θ\vect v = \dfrac{\Gamma}{2\pi r}\vect e_\theta (समतल ध्रुवीय निर्देशांक): असंपीड्य और r=0r = 0 को छोड़ हर जगह अघूर्णी, φ=Γθ/2π\varphi = \Gamma\theta/2\pi (बहुमानी), और केंद्र के चारों ओर किसी भी वृत्त पर परिचालन Γ\Gamma है — अर्थात् भ्रमिलता अक्ष पर संकेंद्रित है। (ग) रैंकिन भँवर: r<ar < a वाला क्रोड ठोस घूर्णन vθ=Ωrv_\theta = \Omega r में (भ्रमिलता 2Ω2\Omega) और उसके बाहर बिंदु भँवर vθ=Ωa2/rv_\theta = \Omega a^2/r से जुड़ा हुआ: यही बवंडर, टब की भँवरी या पुल के खंभे के पीछे के भँवर का प्रतिरूप है — वेग क्रोड के किनारे पर अधिकतम होता है।

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