<<
>>

Уравнение Лапласа

Будем выводить его неправильно, так, как выводил его сам Лаплас:

Ньютон вывел закон всемирного тяготения

( на единицу массы).

«Между любыми двумя телами действует сила притяжения, прямопропорциональная их массам и обратнопропорциональная квадрату расстояния между ними». Лапласу не понравилась сила, действующая через вакуум на большой траектории, и он предположил, что вокруг всякого тела массой М возникает некоторая субстанция, интенсивность которой , где r – расстояние между точкой с координатами (x0,y0,z0) где расположена масса M, и точкой наблюдения с координатами (x,y,z). . Далее Лаплас нашел, что с помощью этой субстанции можно вычислить проекции силы , если вычислять ее по формуле

, ,

точно также запишем

,

.

В дальнейшем Лаплас предложил пользоваться не самим выражением для потенциала, а тем дифференциальным уравнением, которому оно удовлетворяет.

Получим это д. у.:

Вычислим сначала вторую производную от потенциала по x:

, аналогично

, .

Складывая эти три частные производные, получаем уравнение Лапласа

(1)

Исторически это было первое уравнение с частными производными полученное математиками. Хотя уравнение Лапласа было получено для потенциала тяготения, оно описывает распределение большого количества совершенно различных физических величин, в частности уравнению (1) подчиняется потенциал электростатического поля, безвихревого течения идеальной жидкости, стационарное распределение концентрации в диффузионном поле или распределение температур.

В двухмерном случае уравнение Лапласа принимает вид

тогда говорят о плоской постановке задачи.

<< | >>
Источник: Лекция по математической физике. 2017

Еще по теме Уравнение Лапласа: