Deck 2: Vector Analysis
سؤال
سؤال
سؤال
سؤال
سؤال
سؤال
سؤال
سؤال
سؤال
سؤال
سؤال
سؤال
سؤال
سؤال
سؤال
سؤال
سؤال
سؤال
سؤال
سؤال
سؤال
سؤال
سؤال
سؤال
سؤال
سؤال
سؤال
سؤال
سؤال
سؤال
سؤال
سؤال
سؤال
سؤال
سؤال
سؤال
سؤال
سؤال
سؤال
سؤال
سؤال
سؤال
سؤال
سؤال
سؤال
سؤال
سؤال
سؤال
سؤال
سؤال
سؤال
سؤال
سؤال
سؤال
سؤال
سؤال
سؤال
فتح الحزمة
قم بالتسجيل لفتح البطاقات في هذه المجموعة!
Unlock Deck
Unlock Deck
1/57
العب
ملء الشاشة (f)
Deck 2: Vector Analysis
1
Three vectors A, B, and C, drawn in a head-to-tail fashion, form three sides of a triangle. What is A + B + C What is A + B C
Draw vector diagram using three vectors
in a head to tail fashion:
Figure 1
In Head-to-tail rule, the value of sum of two vectors
is
. But when we draw the three vectors
in head-to-tail rule forms the three sides of a triangle is shown in Figure 1. When
is in opposite direction. The value of sum of two vectors
is
.
Calculate the value of sum of vectors,
.
Therefore, the value of vector
is
.
Calculate the value of sum of vectors,
.
Therefore, the value of vector
is
.


In Head-to-tail rule, the value of sum of two vectors






Calculate the value of sum of vectors,




Calculate the value of sum of vectors,




2
Given two points P 1 ( 2, 0, 3) and P 2 (0, 4, 1), find
a) the length of the line joining P 1 and P 2 , and
b) the perpendicular distance from the point P 3 (3, 1, 3) to the line.
a) the length of the line joining P 1 and P 2 , and
b) the perpendicular distance from the point P 3 (3, 1, 3) to the line.
(a)
Consider the points
as
.
Write the expression for the vector,
.
Write the expression for the vector,
.
Calculate the vector,
.
Calculate the magnitude of the vector,
.
Therefore, the length of the line joining
,
is
.
(b)
Consider a point
as shown in Figure 1 and draw a perpendicular from this point to line
which meets at point
.
Figure 1
The perpendicular distance from the point
to the line is
, which equals
.
Therefore,
…… (1)
Write the expression for the vector,
.
Calculate the vector,
.
Substitute the known values in equation (1).
Therefore, the perpendicular distance from
to the line,
is
.
Consider the points


Write the expression for the vector,











(b)
Consider a point




The perpendicular distance from the point



Therefore,

Write the expression for the vector,









3
What are the expressions for A · B and A × B in Cartesian coordinates
Write expressions for vectors
and
in Cartesian coordinates.
Calculate the expression for
in Cartesian coordinates.
Therefore, the expression for
in Cartesian coordinates is
.
Calculate the expression for
in Cartesian coordinates.
Therefore, the expression for
in Cartesian coordinates is
.







Calculate the expression for




4
State the divergence theorem in words.
فتح الحزمة
افتح القفل للوصول البطاقات البالغ عددها 57 في هذه المجموعة.
فتح الحزمة
k this deck
5
A rhombus is an equilateral parallelogram. Denote two neighboring sides of a rhombus by vectors A and B.
a) Verify that the two diagonals are A + B and A B.
b) Prove that the diagonals are perpendicular to each other.
a) Verify that the two diagonals are A + B and A B.
b) Prove that the diagonals are perpendicular to each other.
فتح الحزمة
افتح القفل للوصول البطاقات البالغ عددها 57 في هذه المجموعة.
فتح الحزمة
k this deck
6
Does A × B = A × C imply B = C Explain.
فتح الحزمة
افتح القفل للوصول البطاقات البالغ عددها 57 في هذه المجموعة.
فتح الحزمة
k this deck
7
Given a vector field A = a r r + a z z ,
a) find the total outward flux over a circular cylinder around the z-axis with a radius 2 and a height 4 centered at origin.
b) Repeat (a) for the same cylinder with its base coinciding with the xy -plane.
c) Find · A and verify the divergence theorem.
a) find the total outward flux over a circular cylinder around the z-axis with a radius 2 and a height 4 centered at origin.
b) Repeat (a) for the same cylinder with its base coinciding with the xy -plane.
c) Find · A and verify the divergence theorem.
فتح الحزمة
افتح القفل للوصول البطاقات البالغ عددها 57 في هذه المجموعة.
فتح الحزمة
k this deck
8
What is the physical definition of the curl of a vector field
فتح الحزمة
افتح القفل للوصول البطاقات البالغ عددها 57 في هذه المجموعة.
فتح الحزمة
k this deck
9
Under what conditions can the dot product of two vectors be negative
فتح الحزمة
افتح القفل للوصول البطاقات البالغ عددها 57 في هذه المجموعة.
فتح الحزمة
k this deck
10
The cylindrical coordinates of two points P 1 and P 2 are: P 1 (4, 60°, 1) and P 2 (3, 180°, 1). Determine the distance between these two points.
فتح الحزمة
افتح القفل للوصول البطاقات البالغ عددها 57 في هذه المجموعة.
فتح الحزمة
k this deck
11
Find the results of the following products of unit vectors:
a) a , · a x ,
b) a R · a y ,
c) a z · a R ,
d) a × a x ,
e) a r × a R ,
f) a × a z.
a) a , · a x ,
b) a R · a y ,
c) a z · a R ,
d) a × a x ,
e) a r × a R ,
f) a × a z.
فتح الحزمة
افتح القفل للوصول البطاقات البالغ عددها 57 في هذه المجموعة.
فتح الحزمة
k this deck
12
State Stokes's theorem in words.
فتح الحزمة
افتح القفل للوصول البطاقات البالغ عددها 57 في هذه المجموعة.
فتح الحزمة
k this deck
13
Compare the values of the following scalar triple products of vectors:
(a) (A × C)·B ,
(b) A·(C × B) ,
(c) (A × B)·C , and
(d) B·(a A × A).
(a) (A × C)·B ,
(b) A·(C × B) ,
(c) (A × B)·C , and
(d) B·(a A × A).
فتح الحزمة
افتح القفل للوصول البطاقات البالغ عددها 57 في هذه المجموعة.
فتح الحزمة
k this deck
14
Given vector A = a x 5 a y 2 + a z , find the expression of
a) a unit vector a B such that a B || A, and
b) a unit vector a C in the xy -plane such that a C A.
a) a unit vector a B such that a B || A, and
b) a unit vector a C in the xy -plane such that a C A.
فتح الحزمة
افتح القفل للوصول البطاقات البالغ عددها 57 في هذه المجموعة.
فتح الحزمة
k this deck
15
What is the difference between a scalar quantity and a scalar field Between a vector quantity and a vector field
فتح الحزمة
افتح القفل للوصول البطاقات البالغ عددها 57 في هذه المجموعة.
فتح الحزمة
k this deck
16
Find the divergence of the following radial vector fields:
a) f 1 ( R ) = a R R n ,
b)

a) f 1 ( R ) = a R R n ,
b)

فتح الحزمة
افتح القفل للوصول البطاقات البالغ عددها 57 في هذه المجموعة.
فتح الحزمة
k this deck
17
If the three sides of an arbitrary triangle are denoted by vectors A, B, and C in a clockwise or counterclockwise direction, then the equation A + B + C = 0 holds. Prove the law of sines.
HINT: Cross multiply the equation separately by A and by B , and examine the magnitude relations of the products.
HINT: Cross multiply the equation separately by A and by B , and examine the magnitude relations of the products.
فتح الحزمة
افتح القفل للوصول البطاقات البالغ عددها 57 في هذه المجموعة.
فتح الحزمة
k this deck
18
What makes a coordinate system (a) orthogonal and (b) right-handed
فتح الحزمة
افتح القفل للوصول البطاقات البالغ عددها 57 في هذه المجموعة.
فتح الحزمة
k this deck
19
Find the clockwise circulation of the vector field F given in Example 2-14 around a square path in the xy -plane centered at the origin and having four units on each side ( 2 x 2 and 2 y 2).
Example

Example

فتح الحزمة
افتح القفل للوصول البطاقات البالغ عددها 57 في هذه المجموعة.
فتح الحزمة
k this deck
20
What is the difference between an irrotational field and a solenoidal field
فتح الحزمة
افتح القفل للوصول البطاقات البالغ عددها 57 في هذه المجموعة.
فتح الحزمة
k this deck
21
Write down the results of A · B and A × B if (a) A || B , and (b) A B.
فتح الحزمة
افتح القفل للوصول البطاقات البالغ عددها 57 في هذه المجموعة.
فتح الحزمة
k this deck
22
Transform Cartesian coordinates (4, 6, 12) into spherical coordinates.
فتح الحزمة
افتح القفل للوصول البطاقات البالغ عددها 57 في هذه المجموعة.
فتح الحزمة
k this deck
23
Express the r-component, A r , of a vector A at ( r 1 1 , z 1 )
a) in terms of A x and A y in Cartesian coordinates, and
b) in terms of A R and A in spherical coordinates.
a) in terms of A x and A y in Cartesian coordinates, and
b) in terms of A R and A in spherical coordinates.
فتح الحزمة
افتح القفل للوصول البطاقات البالغ عددها 57 في هذه المجموعة.
فتح الحزمة
k this deck
24
State Helmholtz's theorem in words.
فتح الحزمة
افتح القفل للوصول البطاقات البالغ عددها 57 في هذه المجموعة.
فتح الحزمة
k this deck
25
Which of the following expressions do not make sense
(a) A × B/|B| ,
(b) C · D/(A × B) ,
(c) AB/CD ,
(d) A × B/(C · D) ,
(e) ABC,
(f) A × B × C.
(a) A × B/|B| ,
(b) C · D/(A × B) ,
(c) AB/CD ,
(d) A × B/(C · D) ,
(e) ABC,
(f) A × B × C.
فتح الحزمة
افتح القفل للوصول البطاقات البالغ عددها 57 في هذه المجموعة.
فتح الحزمة
k this deck
26
Decompose vector A = a x 2 a y 5+ a z 3 into two components, A 1 and A 2 , that are, respectively, perpendicular and parallel to another vector B = a x + a y 4.
فتح الحزمة
افتح القفل للوصول البطاقات البالغ عددها 57 في هذه المجموعة.
فتح الحزمة
k this deck
27
What is the physical definition of the gradient of a scalar field
فتح الحزمة
افتح القفل للوصول البطاقات البالغ عددها 57 في هذه المجموعة.
فتح الحزمة
k this deck
28
For vector function A = a r r 2 + a z 2 z , verify the divergence theorem for the circular cylindrical region enclosed by r = 5, z = 0, and z = 4.
فتح الحزمة
افتح القفل للوصول البطاقات البالغ عددها 57 في هذه المجموعة.
فتح الحزمة
k this deck
29
Given three vectors A, B, and C as follows:
A = a x 6 + a y 2 a z 3,
B = a x 4 a y 6 + a z 12,
C = a x 5 a z 2,
find
a) a B ,
b) |B A|,
c) the component of A in the direction of B ,
d) B · A,
e) the component of B in the direction of A ,
f) AB ,
g) A × C, and
h) A · (B × C) and (A × B) · C.
A = a x 6 + a y 2 a z 3,
B = a x 4 a y 6 + a z 12,
C = a x 5 a z 2,
find
a) a B ,
b) |B A|,
c) the component of A in the direction of B ,
d) B · A,
e) the component of B in the direction of A ,
f) AB ,
g) A × C, and
h) A · (B × C) and (A × B) · C.
فتح الحزمة
افتح القفل للوصول البطاقات البالغ عددها 57 في هذه المجموعة.
فتح الحزمة
k this deck
30
What are metric coefficients
فتح الحزمة
افتح القفل للوصول البطاقات البالغ عددها 57 في هذه المجموعة.
فتح الحزمة
k this deck
31
Given F = a r sin + a 3 cos and the quarter-circular region shown in Fig. 2-22,
a) determine
F · d , and
b) find × F , and verify Stokes's theorem.
Fig Path for line integral (Example 2-14 and 2-16)
Example 1
Example 2

a) determine

b) find × F , and verify Stokes's theorem.
Fig Path for line integral (Example 2-14 and 2-16)



فتح الحزمة
افتح القفل للوصول البطاقات البالغ عددها 57 في هذه المجموعة.
فتح الحزمة
k this deck
32
A vector field D = a R (cos 2 )/ R 3 exists in the region between two spherical shells defined by R = 1 and R = 2. Evaluate
a)
b) • D d v.
a)

b) • D d v.
فتح الحزمة
افتح القفل للوصول البطاقات البالغ عددها 57 في هذه المجموعة.
فتح الحزمة
k this deck
33
Is (A · B)C equal to A(B · C) Explain.
فتح الحزمة
افتح القفل للوصول البطاقات البالغ عددها 57 في هذه المجموعة.
فتح الحزمة
k this deck
34
Derive the formula for the surface of a sphere with a radius R 0 by integrating the differential surface area in spherical coordinates.
فتح الحزمة
افتح القفل للوصول البطاقات البالغ عددها 57 في هذه المجموعة.
فتح الحزمة
k this deck
35
Express the -component, E , of a vector E at ( R 1 , l , l )
a) in terms of E x , E y , and E z in Cartesian coordinates, and
b) In terms of E r and E z in cylindrical coordinates.
a) in terms of E x , E y , and E z in Cartesian coordinates, and
b) In terms of E r and E z in cylindrical coordinates.
فتح الحزمة
افتح القفل للوصول البطاقات البالغ عددها 57 في هذه المجموعة.
فتح الحزمة
k this deck
36
For a scalar function f and a vector function A, prove that
• ( f A ) = f • A + A • f
in Cartesian coordinates.
• ( f A ) = f • A + A • f
in Cartesian coordinates.
فتح الحزمة
افتح القفل للوصول البطاقات البالغ عددها 57 في هذه المجموعة.
فتح الحزمة
k this deck
37
Given a vector B = a x 2 a y 6 + a z 3, find
a) the magnitude of B ,
b) the expression for a B ,
c) the angles that B makes with the x, y , and z axes.
a) the magnitude of B ,
b) the expression for a B ,
c) the angles that B makes with the x, y , and z axes.
فتح الحزمة
افتح القفل للوصول البطاقات البالغ عددها 57 في هذه المجموعة.
فتح الحزمة
k this deck
38
Equation (2-15) in Example 2-2 describes the scalar triple products of three vectors A, B, and C. There is another important type of product of three vectors. It is a vector triple product, A × (B × C). Prove the following relation by expansion in Cartesian coordinates:
A × (B × C) = B(A · C)-C(A · B). (2-113)
Equation (2-113) is known as the "BAC-CAB" rule.
A × (B × C) = B(A · C)-C(A · B). (2-113)
Equation (2-113) is known as the "BAC-CAB" rule.
فتح الحزمة
افتح القفل للوصول البطاقات البالغ عددها 57 في هذه المجموعة.
فتح الحزمة
k this deck
39
Express the space rate of change of a scalar in a given direction in terms of its gradient.
فتح الحزمة
افتح القفل للوصول البطاقات البالغ عددها 57 في هذه المجموعة.
فتح الحزمة
k this deck
40
Let unit vectors a A and a B denote the directions of vectors A and B in the xy -plane that make angles and , respectively, with the x -axis.
a) Obtain a formula for the expansion of the cosine of the difference of two angles, cos ( ), by taking the scalar product a A · a B.
b) Obtain a formula for sin ( ) by taking the vector product a B × a A.
a) Obtain a formula for the expansion of the cosine of the difference of two angles, cos ( ), by taking the scalar product a A · a B.
b) Obtain a formula for sin ( ) by taking the vector product a B × a A.
فتح الحزمة
افتح القفل للوصول البطاقات البالغ عددها 57 في هذه المجموعة.
فتح الحزمة
k this deck
41
Write d and dv (a) in Cartesian coordinates, (b) in cylindrical coordinates, and (c) in spherical coordinates.
فتح الحزمة
افتح القفل للوصول البطاقات البالغ عددها 57 في هذه المجموعة.
فتح الحزمة
k this deck
42
Prove the identity in Eq.(2-105) in Cartesian coordinates.
فتح الحزمة
افتح القفل للوصول البطاقات البالغ عددها 57 في هذه المجموعة.
فتح الحزمة
k this deck
43
Given two vectors A and B , how do you find (a) the component of A in the direction of B , and (b) the component of B in the direction of A
فتح الحزمة
افتح القفل للوصول البطاقات البالغ عددها 57 في هذه المجموعة.
فتح الحزمة
k this deck
44
Assuming V = xy 2 yz, find, at point P (2, 3, 6),
a) the direction and the magnitude of the maximum increase of V, and
b) the space rate of decrease of V in the direction toward the origin.
a) the direction and the magnitude of the maximum increase of V, and
b) the space rate of decrease of V in the direction toward the origin.
فتح الحزمة
افتح القفل للوصول البطاقات البالغ عددها 57 في هذه المجموعة.
فتح الحزمة
k this deck
45
Given a vector field in spherical coordinates F = a R (12/ R 2 ).
فتح الحزمة
افتح القفل للوصول البطاقات البالغ عددها 57 في هذه المجموعة.
فتح الحزمة
k this deck
46
Given two points P 1 (l, 2, 0) and P 2 ( 3, 4, 0) in Cartesian coordinates with origin O , find
a) the length of the projection of
on
and
b) the area of the triangle OP 1 P 2.
a) the length of the projection of


b) the area of the triangle OP 1 P 2.
فتح الحزمة
افتح القفل للوصول البطاقات البالغ عددها 57 في هذه المجموعة.
فتح الحزمة
k this deck
47
Find the component of the vector A = a x z a z x at the point P 1 ,( 1, 0, 2) that is directed toward the point
.

فتح الحزمة
افتح القفل للوصول البطاقات البالغ عددها 57 في هذه المجموعة.
فتح الحزمة
k this deck
48
What is the expression for the del operator, , in Cartesian coordinates
فتح الحزمة
افتح القفل للوصول البطاقات البالغ عددها 57 في هذه المجموعة.
فتح الحزمة
k this deck
49
The three corners of a right triangle are at P 1 (1, 0, 2), P 2 ( 3, 1, 5), and P 3 (3, 4, 6).
a) Determine which corner is a right angle.
b) Find the area of the triangle.
a) Determine which corner is a right angle.
b) Find the area of the triangle.
فتح الحزمة
افتح القفل للوصول البطاقات البالغ عددها 57 في هذه المجموعة.
فتح الحزمة
k this deck
50
10 Given two points P 1 (l, 2, 3) and P 2 ( 1, 0, 2) in Cartesian coordinates, write the expressions of the vectors
and



فتح الحزمة
افتح القفل للوصول البطاقات البالغ عددها 57 في هذه المجموعة.
فتح الحزمة
k this deck
51
Prove the identity in Eq. (2-109) in Cartesian coordinates.
فتح الحزمة
افتح القفل للوصول البطاقات البالغ عددها 57 في هذه المجموعة.
فتح الحزمة
k this deck
52
Does A · B = A · C imply B = C Explain.
فتح الحزمة
افتح القفل للوصول البطاقات البالغ عددها 57 في هذه المجموعة.
فتح الحزمة
k this deck
53
Solve Example 2-10 in cylindrical coordinates.
Example 2-10

Example 2-10

فتح الحزمة
افتح القفل للوصول البطاقات البالغ عددها 57 في هذه المجموعة.
فتح الحزمة
k this deck
54
What is the physical definition of the divergence of a vector field
فتح الحزمة
افتح القفل للوصول البطاقات البالغ عددها 57 في هذه المجموعة.
فتح الحزمة
k this deck
55
Express the position vector
from the origin O to the point Q (3, 4, 5) in cylindrical coordinates.

فتح الحزمة
افتح القفل للوصول البطاقات البالغ عددها 57 في هذه المجموعة.
فتح الحزمة
k this deck
56
The position of a point in cylindrical coordinates is given by (3, 4 /3, 4). Specify the location of the point
a) in Cartesian coordinates, and
b) in spherical coordinates.
a) in Cartesian coordinates, and
b) in spherical coordinates.
فتح الحزمة
افتح القفل للوصول البطاقات البالغ عددها 57 في هذه المجموعة.
فتح الحزمة
k this deck
57
Determine wether the following vector fields are irrotational, solenoidal, both, or neither:
a) A = a x xy a y y 2 + a z xz,
b) B = r ( a r sin + a 2 cos ) ,
c) C = a x x a y 2 y + a z z,
d) D = a R k/R.
a) A = a x xy a y y 2 + a z xz,
b) B = r ( a r sin + a 2 cos ) ,
c) C = a x x a y 2 y + a z z,
d) D = a R k/R.
فتح الحزمة
افتح القفل للوصول البطاقات البالغ عددها 57 في هذه المجموعة.
فتح الحزمة
k this deck