Геометрические и физические приложения. 1) Площадь криволинейной поверхности, уравнение которой z = f(x, y), можно найти в виде: (D – проекция S на плоскость Оху)
1) Площадь криволинейной поверхности, уравнение которой z = f(x, y), можно найти в виде: (D – проекция S на плоскость Оху). 2) Масса поверхности
3) Моменты поверхности:
– статические моменты поверхности относительно координатных плоскостей Oxy, Oxz, Oyz;
– моменты инерции поверхности относительно координатных осей;
– моменты инерции поверхности относительно координатных плоскостей;
– момент инерции поверхности относительно начала координат.
4) Координаты центра масс поверхности: .
§ 2. Поверхностный интеграл второго рода
Пусть в каждой точке некоторой поверхности определен непрерывный вектор
. Зададим направление нормали
к поверхности
(эту сторону поверхности считаем положительной). Проекция
вектора
в каждой точке
поверхности
будет являться скаляром. Поэтому функция
будет скалярной функцией и от нее можно вычислить поверхностный интеграл первого рода.
Опр. Поверхностным интегралом второго рода от вектора по поверхности
называется поверхностный интеграл первого рода от проекции
этого вектора на вектор нормали
к
и обозначается
.
Т.к. и
, то:
– поверхностный интеграл второго рода общего вида
Зам. 1. Вычисление поверхностного интеграла второго рода: 1) Если DXY, DXZ и DYZ - проекции поверхности S на координатные плоскости Оху, Oxz и Oyz, то
2) Если , то
Аналогично, для и
(сам-но).
Зам. 2.Связь между тройным интегралом по трехмерной области V и поверхностным интегралом 2-го рода по замкнутой поверхности S, ограничивающей тело V, задается формулой Гаусса-Остроградского:
где запись «S+» означает, что интеграл, стоящий справа, вычисляется по внешней стороне поверхности S.
Зам 3. Формула Стокса устанавливает связь между поверхностным интегралом 2-го рода по поверхности σ и криволинейным интегралом 2-го рода по ограничивающему ее контуру L с учетом ориентации поверхности:
В теории поля поверхностный интеграл второго рода называется потоком векторного поля через поверхность.
Примеры потоков векторных полей:1) Поток электрического поля точечного заряда напряженностью через замкнутую поверхность
, охватывающую этот заряд, равен
. 2) Поток магнитного поля с индукцией
через поверхность
равен
.
Пример 1.
Найти массу поверхности с поверхностной плотностью γ = 2z2 + 3.
Решение.
На рассматриваемой поверхности
Тогда
Проекцией D этой поверхности на координатную плоскость Оху является полукольцо с границами в виде дуг концентрических окружностей радиусов 3 и 4.
Применяя формулу и переходя к полярным координатам, получим: