background image

Vectors and scalars – Introduction to the first classes in physics 

for students of Macro (Faculty of Civil Engineering, MSc course, semester 1) 

 

Marcin Miczek, PhD Eng in physics, Faculty o Mathematics and Physics, Institute of Physics, 
Department of Applied Physics, building of Faculty of Electrical Engineering and of Faculty 
of Mining and Geology (2 Krzywoustego), room no. 420. Classes: Thursday 10:45-11:30. 
Consultation time: Monday 15:30-16:30, Thursday 16-17. 

Problems for classes and other information will be published in our e-learning platform: 
http://platforma.polsl.pl/rmf/ 

→ Instytut Fizyki, Wydział Budownictwa → Applied Physics 

(semester 1) or shortly http://platforma.polsl.pl/rmf/course/view.php?id=196 Password is 
applied-physics1 

Evaluation of your work: classes (short tests and solving problems at the blackboard) – 40 
points, final tests at the end of the semester (2 parts: theory and problems) – 60 points. Total: 
maximum 100 points. 

1.

 

Scalars and vectors – what are they, examples of physical quantities described by vectors 
(displacement, velocity, acceleration, force, momentum) and scalars (mass, time, energy, 
pressure, electric current). 

2.

 

Notation: 

a

a

AB

,

a (in books). 

3.

 

Features of a vector: magnitude/length/norm (conventional notation a=||a||), direction (in 
Polish – „kierunek i zwrot”), initial point (essential for bound vectors and vector field) and 
terminal point. 

4.

 

Projection of a vector onto a line or onto a plane along a direction (direction of projection, 
projection of a vector or a line segment parallel to the projection direction). 

5.

 

Orthogonal projection. Cartesian coordinate systems 2D (OXY) and 3D (OXYZ). 
Components of a vector. How to calculate components of a vector if the coordinates of its 
initial and terminal point are known. Unit vectors (versors) ijk – usually with hat sign 
above (^). Each vector can be expressed as a linear combination of versors: 

[

]

k

a

j

a

i

a

a

a

a

a

z

y

x

z

y

x

ˆ

ˆ

ˆ

,

,

+

+

=

=

6.

 

Operations on vectors – geometrical constructions, analytical calculations, geometrical 
interpretation: 
a.

 

addition of vectors – triangle/polygon rule and parallelogram rule; 

b.

 

opposite vector and subtraction of vectors; 

c.

 

multiplication of a vector by a scalar 
– summary: [a

x

a

y

a

z

] ± c·[b

x

b

y

b

z

] = [a

x

±c·b

x

a

y

±c·b

y

a

z

±c·b

z

], where c is a scalar; 

d.

 

dot/inner/scalar product: 
a 

◦ a·b·cos(|

(a,b)|) 

[a

x

a

y

a

z

◦ [b

x

b

y

b

z

] = a

x

b

x

+a

y

 b

y

+a

z

 b

z

 

a 

 b ⇒ a 

◦ = 0 (scalar zero) 

e.

 

cross/outer/vector product: 
– descriptive definition: a

×

b=c that c 

 ab (direction), c a·b·sin(|

(a,b)|) 

(magnitude), (abc) is right-handed system (direction); 
a || b ⇒ a 

×

 0 (null/zero vector) 

– notation of vectors perpendicular to the plane of pictures (

 or ) 

– determinant of a matrix: 

[

] [

]

z

y

x

z

y

x

z

y

x

z

y

x

b

b

b

a

a

a

k

j

i

b

b

b

a

a

a

ˆ

ˆ

ˆ

,

,

,

,

=

×

 

background image

– geometrical interpretation: The magnitude of the cross product of vectors can be 
interpreted as the area of the parallelogram having the vectors as sides. 

 
See also: http://en.wikipedia.org/wiki/Vector_(spatial)