14
06月
2023
要计算曲面壳的质量,我们需要使用面积分来进行求解。首先,我们需要确定曲面的参数化表示。
给定曲面方程 z = (x^2+y^2)^1/2,我们可以将其参数化为:
x = r*cosθ
y = r*sinθ
z = r
其中,r是曲面的半径,θ是角度。
接下来,我们需要计算曲面的法向量和曲面元素。
曲面的法向量可以通过对参数化方程求偏导数得到:
N = (∂z/∂x, ∂z/∂y, -1)
= (x/r, y/r, -1)
= (cosθ, sinθ, -1)
曲面元素可以通过计算参数化曲面上的两个向量的叉乘得到:
dS = |(∂r/∂x, ∂r/∂y, ∂r/∂z) × (∂θ/∂x, ∂θ/∂y, ∂θ/∂z)|
= |(-sinθ, cosθ, 0) × (cosθ, sinθ, 0)|
= |(0, 0, 1)|
= 1
现在我们可以计算曲面壳的质量了。根据曲面的面密度 p = z^2,在单位面积上的质量元素 dm 可以表示为:
dm = p * dS
= z^2 * dS
= r^2 * dS
因此,曲面壳在区域 D(0≤z≤1)上的质量 M 可以表示为面积分的形式:
M = ∫∫D dm
= ∫∫D r^2 * dS
= ∫∫D r^2 * 1 dA
= ∫∫D r^2 * r drdθ
其中,dA 是在极坐标系下的面积元素。
由于曲面是一个旋转曲面,我们可以将积分范围改为极坐标形式:
0≤r≤1
0≤θ≤2π
现在,我们可以进行曲面壳的质量计算:
M = ∫∫D r^3 drdθ
= ∫0^1 r^3 dr ∫0^2π dθ
= ∫0^1 r^3 dr * [θ]0^2π
= ∫0^1 r^3 dr * 2π
= (2π/4) * [r^4]0^1
= π/2
因此,曲面壳的质量为 π/2。
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本文标题: 计算曲面壳∑: z =(x^2+y^2)^1/2 (0≤z≤1)的质量,其中面密度 p=z^2
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