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@ Technische Universit¨ at Carolo-Wilhelmina zu Braunschweig

Institut f¨ ur Theoretische Physik

Dr. Andreas Honecker

Physikalische Rechenmethoden II

Ubungsblatt 3 ¨

Abgabe bitte bis: Mittwoch, 12. Mai 2004, 13:00 1. Berechnen Sie die Arbeit des Kraftfeldes

F~ = 1 1 +x2+y2

y

−x

beim Verschieben einer Masse von A = −1

0

nach B = 1

0

entlang der drei folgenden Wege:

x y

(a)

(c) (b)

Diskutieren Sie die Abh¨angigkeit der Arbeit vom Weg ! 2. Setzen Sie eine Parametrisierung in

Z

~r·d~r = Z

(xdx+ydy+zdz)

ein und zeigen Sie, daß das Linienintegral unabh¨angig vom Weg ist ! Geben Sie dann ein Potential ψ(~r) des Vektorfeldes~r an !

3. Wir betrachten Kugelkoordinaten

~r=

 x y z

=

rsinϑcosϕ rsinϑsinϕ

rcosϑ

1

(2)

und w¨ahlen als Parameter u=ϕ, v=ϑ.

(a) Bestimmen Sie die Tangentenvektoren ~tu und ~tv ! Zeigen Sie: ~tu ·~tv = 0 ! Skizzieren Sie die Linien konstanten u, v sowie die zugeh¨origen Tangentenvek- toren !

(b) Verifizieren Sie dA =

~tu×~tv

dudv=r2sinϑdϕdϑ!

(c) ¨Uberzeugen Sie sich, daß das Integral ¨uber die Kugeloberfl¨ache das erwartete Ergebnis liefert:

Z

k~rk=R

dA= 4πR2 !

4. Ein radialsymmetrisches VektorfeldF~ (~r) =f(r)~ermit einer Funktionf(r) des Radius r durchflute eine Kugelschale vom Radius R. Bestimmen Sie den Fluß durch diese Kugelschale

Φ = Z

k~rk=R

F~ (~r)·dA~ !

5. Berechnen Sie den Fluß Φ eines zylindersymmetrischen Vektorfeldes F~(~r) = f(ρ)~eρ

durch die geschlossene Oberfl¨ache A eines Zylinders mit Radius R und H¨ohe H um die z-Achse !

2

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