Coordenadas Cilíndricas ξ k {ρ, φ, z }

Um sistema de coordenadas ortogonais curvilíneas Cilíndricas consiste na definição de três parâmetros {ρ, φ, z }, únicos para cada ponto r 3 , ou seja duma correspondência bijectiva r = f(ρ, φ, z) (de facto será necessário definir várias e por partes i.e. um Atlas) com ρ ∈ ]0,+∞], φ ∈ [0,2π[, ∈  , de tal maneira que as curvas u(ρ) = f(ρ, φ o , z o ) , v(φ)=f( ρ o ,φ, z o ), w(z )=f( ρ o , φ o ,z) , obtidas pela fixação de qualquer par de parâmetros {ρ, φ, z}, passem por r o =f( ρ o , φ o , z o )= u( ρ o )=v( φ o )= w( z o ) e sejam ortogonais entre si, qualquer que seja o ponto r o escolhido.

Designamos por referencial móvel associado ao sistema de coordenadas curvilíneas indicado o triedro de vectores de módulo unitário e ρ , e φ , e z no ponto r o que representam as direcções tangentes a cada uma das curvas

u(ρ) - (semi-rectas horizontais passando pelo eixo dos z),
v(φ) - (circulos horizontais concêntricos com o eixo dos z),
w(z) - (rectas verticais).


MathReader Applet: Coordenadas Cilíndricas

Vector Posição no referencial associado:

r = ρ e ρ + z e z

Relação com coordenadas cartesianas:

{ r [ 0 , ] φ [ 0 , π ] z ] , + [ Λ 1 { x = ρ cos ( φ ) y = ρ sin ( φ ) z = z

r = ρ ( cos ( φ ) e x + sin ( φ ) e y ) + z e z

Versores do referencial associado:

e ρ ( φ ) = cos ( φ ) e x + sin ( φ ) e y

e φ ( φ ) = sin ( φ ) e x + cos ( φ ) e y

e z = e z

Funções Escala:

η k = | r ξ k |   →   { η ρ = 1 η φ = ρ η z = 1

Elemento de Linha:

r = ρ e ρ + ρ φ e φ + z e z

Elementos de áreas coordenadas infinitesimais:

S ( φ , z ) = ( η φ φ e φ ) × ( η z z e z ) = ρ φ z e ρ

S ( ρ , φ ) = ( η ρ ρ e ρ ) × ( η φ φ e φ ) = ρ ρ φ e z

S ( z , ρ ) = ( η z z e z ) × ( η ρ ρ e ρ ) = z ρ e φ

Elemento de Volume infinitesimal

V ( ρ , θ , z ) = ρ ρ φ z

Gradiente:

f = f ρ e ρ + 1 ρ f φ e φ + f z e z

Divergência:

· A = 1 ρ ( ( ρ A ρ ) ρ + A φ φ + ( ρ A z ) z ) = 1 ρ A ρ + A ρ ρ + 1 ρ A φ φ + A z z

Rotacional:

× A = 1 ρ ( A z φ ( ρ A φ ) z ) e ρ + ( A ρ z A z ρ ) e φ + 1 ρ ( ( ρ A φ ) ρ A ρ φ ) e z

Laplaciano:

2 f = 1 ρ ( ρ ( ρ f ρ ) + φ ( 1 ρ f φ ) + z ( ρ f z ) ) = 2 f ρ 2 + 1 ρ f ρ + 1 ρ 2 2 f φ 2 + 2 f z 2


© Amaro Rica da Silva, Prof. Dep. Física-IST with Mathematica  (September 20, 2005) Valid XHTML 1.1!