background image

SKALARY  I WEKTORY

SKALARY

   Skalarem nazywamy wielkość 
całkowicie określoną przez jedną 
liczbę. 

Przykłady wielkości fizycznych skalarnych: 
        masa – m, temperatura – T, energia – 
E, potencjał elektryczny – V, praca – W,   
gęstość – ρ, ładunek elektryczny – q, czas 
– t

background image

WEKTORY

Wielkości, które wymagają do 
pełnego określenia podania: 
wartości, kierunku, zwrotu, oraz 
punktu przyłożenia nazywamy 
wektorami

Obrazem geometrycznym wektora 
jest odcinek skierowany. Wektor 
oznacza się pogrubioną literą lub 
literą ze strzałką (kreską) nad literą

background image

Przykłady wielkości fizycznych 
wektorowych: 
prędkość - υ, przyspieszenie - a, siła - F
pęd – p,  natężenie pola elektrycznego - 
E, wektor indukcji magnetycznej – B
położenie (wektor wodzący punktu 
materialnego) - r.  

Wektory A  i B  są równe, jeżeli maja 
równe długości, ten sam kierunek i 
zgodne zwroty. Wektory różniące się 
tylko zwrotem nazywają się wektorami 
przeciwnymi: |A| = |-A|.

 

background image

DZIAŁANIA NA WEKTORACH

DODAWANIE WEKTORÓW

Sumę wektorów można znaleźć 
geometryczną metodą zwaną
 metodą 
równoległoboku

Z jednego punktu wykreślamy wektory i B. 
W równoległoboku zbudowanym na tych 
wektorach  - przekątna wychodząca ze 
wspólnego punktu jest poszukiwaną

 

sumą: 

+ B.

                                                                                         

background image

Dodawanie wektorów jest przemienne:

A + B = B + A

Odejmowanie wektora definiuje się  jako 

dodawanie wektora przeciwnego:

A – B =  A + (-B

  A – D

Poszukiwaną różnicą wektorów jest druga 

przekątna równoległoboku, przy czym 

      B – A =  -D

 

background image

Wektory można również dodawać 
metodą wieloboku
 (metodą trójkąta 
przy 
sumie dwu wektorów)

Z dowolnego punktu wykreśla się  wektor 
A, z końca wektora A  wykreśla się wektor  
B
. Wektor C, którego początek pokrywa się 
z początkiem wektora A, zaś koniec z 
końcem wektora B, nazywa się sumą 
wektorów  B.

Podobnie tworzy się sumę wektorów. 
Sumą danych wektorów nazywa się 
wektor wypadkowy łączący początek 

pierwszego wektora z  końcem ostatniego.

 

background image

Na przykład

Gdy ciało podlega równocześnie 
dwom (kilku) niezależnym 
przemieszczeniom  - mówi się o 
składaniu ruchów lub o dodawaniu 
wektorów reprezentujących dane 
przemieszczenia.
 
Podobnie, jeśli na ciało działa  
niezależnych sił – należy znaleźć siłę 
wypadkową, czyli sumę wektorową 
wszystkich n sił

 

n

i

i

F

F

1

background image

SKŁADOWE WEKTORA

Każdy wektor można rozłożyć na dowolną 

ilość wektorów składowych. 

Rozkładanie jest to działanie odwrotne do 

składania. 

Np. wektor A  można w trójwymiarowej 

przestrzeni,w prawoskrętnym 
prostokątnym układzie współrzędnych 
rozłożyć na składowe A

x,

 A

y,

 A

z,  

przy czym: 

A = A

+ A

+ A

z, 

background image

A = A

+ A

+ A

z

lub                   A  = A

x

 + j A

y

   + k A

z

                

                                             

gdzie i, j, k  - wersory, czyli jednostkowe 

wektory skierowane wzdłuż osi x, y lub z, 
odpowiednio, lub                  A = [A

x, 

A

y

, A

z

]        

                                                                

A

x

, A

y

, A

z

 – to współrzędne końca wektora A

(jeśli współrzędne początku wektora wynoszą (0,0,0), 

czyli gdy początek wektora znajduje się w początku 
układu odniesienia). Inaczej, A

jest rzutem 

prostokątnym wektora  A

 

na oś x-ów,   A

  - rzutem 

wektora  A

 

na oś y-ów,   A

 - rzutem A

 

na oś z-ów

background image

y

z

i

j

k

x

background image

Długość wektora  wynosi

 

A= A  =  ( A

x

2

 + A

y

2

 + A

z

)

0.5

 .  

                                                     
Kierunek wektora A w układzie (x,y,z) 

podaje się poprzez tzw. cosinusy 
kierunkowe:

cosα = A

x

/A,   cosβ = A

y

/A,

  cosγ = A

z

/A ,  

                                          

gdzie α,β,γ – to kąty jakie tworzy wektor 

odpowiednimi osiami, (z osią x-ów, y-ów 
oraz z-ów, odpowiednio).

 

background image

Składowe sumy (różnicy) wektorów

 

są równe sumie (różnicy) składowych wektorów. Dla 

dwu wektorów B, wypadkowy wektor C:

C=A ± B=[A

± B

x,  

A

y

 ± B

y

, A

z   

±

 

A

z

 ] =[C

x, 

C

y

, C

z

]          

                  
Na przykład wektor wodzący punktu na 

płaszczyźnie można przedstawić następująco:
= r

+r

y  

+ y  = i x + j y

Długość wektora:  r = ( x

+ y

2

)

0.5 

 .

Cosinusy kierunkowe wynoszą : 
cosα = x/r,   cosβ = y/r. 

Jak łatwo zauważyć, wystarczy wyznaczyć jeden z kątów, gdyż 

drugi jest uzupełnieniem do kąta prostego

.

 

background image

MNOŻENIE WEKTORA PRZEZ 

SKALAR

W wyniku mnożenia wektora przez skalar λ 

dostajemy wektor λA

Długość wektora B wynosi B =λA│ = λA. 
Kierunek wektora B jest zgodny z kierunkiem 

wektora A,

 zwrot zgodny lub przeciwny ze zwrotem A 
(dla  λ dodatniego lub ujemnego, odpowiednio).
Jeśli każdą składową wektora A pomnożymy przez 

stałą λ, to nowy wektor ma składowe:

    B = λA = [λA

x,

 λA

y

, λA

z

] = [B

x

, B

y

, B

z

]

background image

Przykłady z fizyki

pęd p

:

    = m υ

siła F:
                        

= m a

moment siły M:
                             M 
= I ε 
gdzie m – masa jest wielkością skalarną, I – moment 

bezwładności jest skalarem,  υ – prędkość jest 

wielkością wektorową, a  - przyspieszenie jest 

wektorem, ε – przyspieszenie kątowe.

background image

ILOCZYN SKALARNY WEKTORÓW

 

Iloczynem skalarnym wektorów nazywamy 

iloczyn długości tych wektorów i cosinusa 

(mniejszego) kąta zawartego między nimi: 

                                ∙ B = AB cosφ  =  C               

                                                        Iloczyn 

skalarny wektorów jest skalarem (liczbą). 

Kropka jest często używanym symbolem skalarnego 

mnożenia wektorów

.

Mnożenie skalarne jest przemienne, tzn

.

                       ∙ B  = B ∙ A
 

oraz rozdzielne względem dodawania

                   ∙ (B + C) = A ∙ B + A ∙ C 

background image

Według geometrycznej interpretacji

iloczyn skalarny jest długością jednego wektora
przez długość rzutu  drugiego wektora na pierwszy.
Z definicji iloczynu skalarnego wynika:
       ∙ B  = (A

x

 + j A

y

 + k A

) (B

x

 + j B

y

 + k B

) =   

A

x

B

x

 + A

y

B

+ A

z

B

z        

    

gdyż
            i · i  =  j · j  =  k · k  =  1
            i · j  =  j · k  =  k · i  =  0                                         

                                           

Gdy  mnożone wektory są 

prostopadłe względem siebie 

    (φ = π/2) to ∙ B  = 0.  
Jeśli obydwa wektory iloczynu są jednakowe, to ∙ A  = A

2

.

background image

Przykłady iloczynu skalarnego w 
fizyce

 

Praca
ΔW = F ·Δs = F Δs  cosφ

gdzie F  jest wektorem siły, Δs jest tzw. przesunięciem
 skierowanym (czyli wielkością  wektorową), φ jest kątem 
zawartym między wektorem siły i wektorem przesunięcia

Energia kinetyczna
             E

 = m υ

2

 / 2  =  m υ

2

 / 2

gdzie  m  - masa; υ – wektor prędkości ciała, przy czym υ  υ = 

υ

2

, gdyż kąt między mnożonymi wektorami φ = 0 (a więc 

cosφ = 0).

             

background image

ILOCZYN WEKTOROWY 

WEKTORÓW

 

Iloczynem wektorowym  wektorów jest wektor 

D, który jest prostopadły do wektorów (do 

płaszczyzny w której leżą) i tworzy z nimi układ 

prawoskrętny:
                       B = D                                                 

                           

Długość wektora       D = AB sinφ,    

gdzie φ oznacza kąt zawarty między mnożonymi wektorami; jest
zatem równa polu równoległoboku o bokach A oraz B.
 Mnożenie wektorowe często oznacza się symbolem x

Kierunek i zwrot wektora znajduje się za pomocą 

reguły

prawej śruby (korkociągu). 

background image

i

A B

r

r

A B

r

r

A

r

B

r

B

A

r

r

background image

Mnożenie wektorowe nie jest przemienne

x B = - B  A
ale jest rozdzielne względem dodawania

 

x (+ C) = A + A C

Iloczyn wektorowy można zapisać

:

B= (A

x

+A

y

+A

z

) x (B

x

+B

y

+k B

=  

 i(A

y

B

z

–A

z

B

y

)+j(A

z

B

x

–A

x

B

z

+k(A

x

B

y

– A

y

B

x

) = 

      i D

+  j D

y

 + D

z

 

background image

lub zapisać za pomocą wyznacznika

 
 

gdzie 

      

i = j x j = k k = 

0                  

                   x j = k
                   j 
x k = i       
                   k  
 i = j

background image

Iloczyny wektorowe w fizyce

Przykładem relacji wektorowej pomiędzy 

wektorami w fizyce jest np. 

• moment siły   M = r x F     (r – wektor 

wodzący,  zwany ramieniem siły F), 

• moment pędu    K = x p    (p – pęd),
• wektor indukcji magnetycznej B       F = 

q (υ x B)    (siła działająca na cząstkę o 

ładunku q poruszającą się z prędkością υ 

w polu magnetycznym o wektorze 

indukcji magnetycznej  B).

background image

Iloczyn mieszany

 

x

 (

x

 C) = (A · C) -  C (A · B)

 

background image

     

POLE SIŁ

Źródłem pola (przestrzeni w której na ciała 

działają siły) jest cząstka materialna o 

określonych właściwościach. 

Pole jako przestrzeń nabywa właściwości od 

obiektów fizycznych, czyli źródeł. 

Jeśli na jakieś ciało działa pole sił, to ciało to 

również wytwarza własne pole sił tego 

samego rodzaju.

 Oddziaływanie wzajemne dwóch ciał odbywa 

się wg schematu: cząstka – pole – cząstka.

background image

Pole skalarne, pole wektorowe

Przestrzeń w której dla każdego punktu 

został zdefiniowany wg określonego 

prawa skalar (wektor) nazywamy polem 

skalarnym (wektorowym). 

Np. pole temperatury czy pole potencjału 

elektrycznego są polami potencjalnymi, 

gdyż T(x,y,z) oraz V(x,y,z) są funkcjami 

skalarnymi. Zaś pole elektryczne jest 

polem wektorowym, bo E(x,y,z), czyli 

natężenie pola elektrycznego jest funkcją 

wektorową. 

background image

Przykłady pól w fizyce

 źródłem pola grawitacyjnego jest 

masa ciała – więc siła grawitacyjna 

działa na masę innego ciała 

 źródłem pola elektrycznego jest 

ładunek cząstki – siła elektryczna 

działa na ładunek innej cząstki  

 źródłem pola magnetycznego jest 

ładunek w ruchu (prąd elektryczny), 

lub stały magnes


Document Outline