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¿Intuición para definir la divergencia como flujo dividido por volumen?

Para un campo vectorial continuamente diferenciable $F$ el teorema de la divergencia se puede utilizar para dar $$(\nabla\cdot F)(a) = \lim_{r\to 0} \frac{3}{4\pi r^3}\int_{|x-a|=r} F \cdot n dA$$ Esto debería significar que para $c<3 $ $$\lim_{r\to 0} \frac{3}{4\pi r^c}\int_{|x-a|=r} F \cdot n dA=0$$ En particular para $c=2$ que $$\lim_{r\to 0} \frac{3}{4\pi r^2}\int_{|x-a|=r} F \cdot n dA=0$$

Aunque entiendo matemáticamente por qué la divergencia está asociada a la primera ecuación dada anteriormente, no tengo una buena comprensión de por qué intuitivamente es correcto dividir por $r^3$ en lugar de $r^2$ . Habría pensado que como el flujo es una integral de superficie deberíamos dividir por $r^2$ para tener en cuenta el tamaño cambiante de la superficie. ¿Puede alguien dar una explicación intuitiva de lo que me falta?

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La razón fundamental es que queremos que el límite sea finito. Como $r$ se acerca a cero, hay dos razones por las que el flujo se reduce.

Uno de ellos es que el flujo es proporcional al área de la superficie, lo que va como $r^2$ . La otra es que el flujo tiende a cancelarse en los lados opuestos del volumen. Si el campo es constante, esta cancelación es siempre exacta. La variación del campo de un lado a otro del volumen es proporcional a $r$ .

Juntando estos dos factores, el flujo se reduce en proporción a $r^3$ . Para que el límite sea finito, tenemos que dividir por $r^3$ .

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