Lista 6: CDCI2 Turmas: 2AEMN e 2BEMN. 1 Divergente e Rotacional de Campos Vetoriais

Documentos relacionados
Lista 5: Rotacional, Divergente, Campos Conservativos, Teorema de Green

Integral de linha de campo vectorial. Sejam : C uma curva dada por r(t) = (x(t), y(t), z(t)), com. e F : Dom( F ) R 3 R 3

Ca lculo Vetorial. 2) Fac a uma corresponde ncia entre as func o es f e os desenhos de seus campos vetoriais gradientes.

CÁLCULO II - MAT Em cada um dos seguintes campos vetoriais, aplicar o resultado do exercício 3 para mostrar que f

Cálculo Diferencial e Integral II

UNIVERSIDADE ESTADUAL DE SANTA CRUZ UESC. 1 a Avaliação escrita de Cálculo IV Professor: Afonso Henriques Data: 10/04/2008

Cálculo Diferencial e Integral II Resolução do Exame/Teste de Recuperação 02 de Julho de 2018, 15:00h - versão 2 Duração: Exame (3h), Teste (1h30)

2 Integrais Duplas em Coordenadas Polares

Ney Lemke. Departamento de Física e Biofísica

Resposta: (A) o traço é positivo (B) o determinante é negativo (C) o determinante é nulo (D) o traço é negativo (E) o traço é nulo.

Integrais Sobre Caminhos e Superfícies. Teoremas de Integração do Cálculo Vectorial.

Departamento de Matemática Faculdade de Ciências e Tecnologia Universidade de Coimbra Cálculo III - Engenharia Electrotécnica Caderno de Exercícios

Cálculo Diferencial e Integral II

Lista de Exercícios 4 Disciplina: CDI1 Turma: 1BEEN

3xz dx + 4yz dy + 2xy dz, do ponto A = (0, 0, 0) ao ponto B = (1, 1, 2), ao longo dos seguintes caminhos:

Lista 4: CDCI2 Turmas: 2AEMN e 2BEMN. 1 Integrais triplas sobre caixas retangulares

Instituto de Fıśica UFRJ Mestrado em Ensino profissional

1. Determine o valor do integral curvilíneo do campo F (x, y, z) = xzî + xĵ + y k ao longo da linha (L), definida por: { x 2 /4 + y 2 /25 = 1 z = 2

CÁLCULO II - MAT0023. F (x, y, z) =

Lista 3 - FIS Relatividade Geral Curvatura, campos de Killing, fluidos, eletromagnetismo.

PROFESSOR: RICARDO SÁ EARP

Cálculo Vetorial. Prof. Ronaldo Carlotto Batista. 20 de novembro de 2014

MAT Cálculo Diferencial e Integral para Engenharia III 2a. Lista de Exercícios - 1o. semestre de 2014

Integral Dupla. Aula 06 Cálculo Vetorial. Professor: Éwerton Veríssimo

x 2 (2 x) 2 + z 2 = 1 4x + z 2 = 5 x = 5 z2 4 Como y = 2 x, vem que y = 3+z2

1. Superfícies Quádricas

UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ Pró-Reitoria de Graduação - PRG Coordenação de Processos Seletivos COPS

TÓPICOS DO CÁLCULO VETORIAL

Total. UFRGS - INSTITUTO DE MATEMÁTICA Departamento de Matemática Pura e Aplicada MAT Turma A /1 Prova da área I

Problemas de Duas Partículas

x = u y = v z = 3u 2 + 3v 2 Calculando o módulo do produto vetorial σ u σ v : 9u 2 + 9v 2

Eletromagnetismo II. Prof. Daniel Orquiza. Prof. Daniel Orquiza de Carvalho

Cálculo Diferencial e Integral de Campos Vetoriais

CÁLCULO VETORIAL E NÚMEROS COMPLEXOS

TÓPICO. Fundamentos da Matemática II APLICAÇÕES DAS DERIVADAS PARCIAIS9. Licenciatura em Ciências USP/ Univesp. Gil da Costa Marques

= F 1. . x. div F = F 1 x + F 2. y + F 3 = F3. y F 2. z, F 1

MAT Cálculo Diferencial e Integral para Engenharia II 2 a Lista de Exercícios

Exame de Matemática II - Curso de Arquitectura

x n+1 = 1 2 x n (2 valores) Considere a equação recursiva no modelo de Fisher, Wright e Haldane

equação paramêtrica/vetorial da superfície: a lei

INSTITUTO POLITÉCNICO DE BRAGANÇA ESCOLA SUPERIOR DE TECNOLOGIA E DE GESTÃO FÍSICA III. Exercícios teórico-práticos FILIPE SANTOS MOREIRA

Escoamento potencial

11.5 Derivada Direcional, Vetor Gradiente e Planos Tangentes

Lista Determine o volume do sólido contido no primeiro octante limitado pelo cilindro z = 9 y 2 e pelo plano x = 2.

2.4 Interpretação vetorial do Teorema de Green

EAC-082: Geodésia Física. Aula 4: Teoria do Potencial

CÁLCULO IV - MAT Calcule a integral de linha do campo vetorial f ao longo da curva que indica-se em cada um dos seguintes itens.

DERIVADAS PARCIAIS. y = lim

MESTRADO INTEGRADO EM ENG. INFORMÁTICA E COMPUTAÇÃO 2011/2012. EIC0010 FÍSICA I 1o ANO 2 o SEMESTRE

Resumo: Regra da cadeia, caso geral

Cálculo a Várias Variáveis I - MAT Cronograma para P2: aulas teóricas (segundas e quartas)

CSE-MME Revisão de Métodos Matemáticos para Engenharia

MESTRADO INTEGRADO EM ENG. INFORMÁTICA E COMPUTAÇÃO 2015/2016

Integrais Duplos e Triplos.

Resumo dos resumos de CDI-II

Lista 3. Cálculo Vetorial. Integrais de Linha e o Teorema de Green. 3 Calcule. 4 Calcule. a) F(x, y, z) = yzi + xzj + xyk

Universidade Federal do Rio de Janeiro Cálculo III

Série IV - Momento Angular (Resoluções Sucintas)

Aula 6. Doravante iremos dizer que r(t) é uma parametrização da curva, e t é o parâmetro usado para descrever a curva.

Eletromagnetismo I. Prof. Daniel Orquiza. Eletromagnetismo I. Prof. Daniel Orquiza de Carvalho

Solução: Alternativa (c). Esse movimento é retilíneo e uniforme. Portanto h = (g t 1 2 )/2 e 2 h =

Lista 1 - Cálculo III

Primeira avaliação - MAT MATEMÁTICA APLICADA II - Turma A

FEP2195-Física Geral e Exp. para a Engenharia I - 1 a Prova - Gabarito 11/04/2013

O Eletromagnetismo é um ramo da física ou da engenharia elétrica onde os fenômenos elétricos e magnéticos são estudados.

Eletromagnetismo I. Preparo: Diego Oliveira. Aula 7. Trabalho realizado em um campo eletrostático. F ext d l

Mecânica 1. Guia de Estudos P2

Cálculo II. Resumo e Exercícios P3

Cálculo II Lista 4. com respostas

Total. UFRGS - INSTITUTO DE MATEMÁTICA Departamento de Matemática Pura e Aplicada MAT Turma D /2 Prova da área I

Exercícios Referentes à 1ª Avaliação

MAP CÁLCULO NUMÉRICO (POLI) Lista de Exercícios sobre o Método dos Mínimos Quadrados

Questão 1. (2,5 pontos)

(*) livro Cálculo Diferencial e Integral de Funções de Várias Variáveis, de Diomara e Cândida

denomina-se norma do vetor (x 1,..., x n ). (Desigualdade de Schwarz) Quaisquer que sejam os vetores u e v de R n, tem-se

Sétima Lista. MAT0216 Cálculo Diferencial e Integral III Prof. Daniel Victor Tausk 14/04/2019

Lista 6: Área e Integral de Superfície, Fluxo de Campos Vetoriais, Teoremas de Gauss e Stokes

Universidade Federal do Paraná

Fundamentos da Eletrostática Aula 02 Cálculo Vetorial: derivadas

y (n) (x) = dn y dx n(x) y (0) (x) = y(x).

Programa de Pós-Graduação Processo de Seleção 2º Semestre de 2019 Exame de Conhecimentos em Física. Caderno de respostas

Universidade Federal do Paraná

CURSO DE RESOLUÇÃO DE PROVAS de MATEMÁTICA da ANPEC Tudo passo a passo com Teoria e em sequência a resolução da questão! Prof.

Derivadas Parciais - parte 1. 1) Determine as derivadas parciais de primeira ordem da função.

Exercício 1 Dê o valor, caso exista, que a função deveria assumir no ponto dado para. em p = 9

MAT Cálculo Diferencial e Integral para Engenharia II 1 a lista de exercícios

PROBLEMAS DIRETO E INVERSO. A Teoria do Potencial admite um: Problema DIRETO: determinação do potencial a partir das massas geradoras

Física III Escola Politécnica GABARITO DA PR 27 de julho de 2017

Conceitos Matemáticos & Notações

Lista 2. As leis de Kepler e gravitação universal de Newton

Mecânica I (FIS-14) Prof. Dr. Ronaldo Rodrigues Pelá Sala 2602A-1 Ramal 5785

MAT 3210 Cálculo Diferencial e Integral II. Prova 1 D

ANÁLISE MATEMÁTICA III A TESTE 2 PARA PRATICAR OUTUBRO DE Duração: 50 minutos

Fazer os exercícios 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42 e 43 da 1 a lista.

INTEGRAIS MÚLTIPLAS. [a, b] e [c, d], respectivamente. O conjunto P = {(x i, y j ) i = 0,..., n, j = i=1

UNIFEI - UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ

n.estudante:... Eletromagnetismo / MIEEC; frequência 20.abr.2016;. Em cada pergunta só há uma resposta certa e só uma das justificações é a adequada.

Exercícios propostos para as aulas práticas

Transcrição:

Lista 6: CDCI Turmas: AEMN e BEMN Prof. Alexandre Alves Universidade São Judas Tadeu Divergente e Rotacional de Campos Vetoriais Exercício : Calcule a divergência e o rotacional dos seguintes campos vetoriais: (b) (c) (d) (e) F(x, y) = y i + x j F(x, y) = (x + y ) i F(x, y) = xy i x j F(x, y, z) = z i + (x + y) j + z k F(x, y, z) = yz i + xz j + xy k ( f ) F( r) = cos(x + y ) i + sin(x + y ) j x (g) F( r) = i + x + y + z y x + y + z j + z x + y + z k Exercício : O divergente de um campo vetorial em coordenadas esféricas é dado por F = (rf r ) + (sin θf θ ) + (F φ ) r r r sin θ θ r sin θ φ e o rotacional por F = r sin θ [ (sin θf φ ) θ (F θ) ]êr + [ (F r ) φ r sin θ φ (rf φ) r onde o campo vetorial em coordenadas esféricas é escrito como F = F r ê r + F θ ê θ + F φ ê φ, ]êθ + r [ (rfθ ) r (F r) ]êφ, θ onde ê r, ê θ e ê φ, são os versores nas direções radial, polar e azimutal, respectivamente. Usando essas expressões, calcule o divergente e o rotacional dos campos vetoriais: F = r r (b) F = r r

(c) F = r r 3 (d) F = r n ê r (e) F = f (r) ê r r ( f ) F = ln(r)ê r + sin(θ)ê θ + e φ ê φ (g) v = cos(θ)ê r r ê θ + rθê φ Exercício 3: Seja Φ um campo escalar e F um campo vetorial. Denotemos o gradiente por grad, o divergente por div e o rotacional por rot. Diga se cada expressão tem significado. Em caso negativo, explique porquê. Em caso afirmativo, diga se é um campo vetorial ou escalar. rotφ (b) gradφ (c) div F (d) rot(gradφ) (e) grad F ( f ) grad(div F) (g) div(gradφ) (h) grad(divφ) (i) rot(rot F) ( j) div(div F) (k) (gradφ) (div F) (l) div(rot(gradφ)) Exercício 4: Demonstre as seguintes identidades, admitindo que as derivadas parciais dos campos escalar (Φ) e vetorial ( F) existem e sejam contínuas. (b) (c) (Φ F) = Φ F + F Φ (Φ F) = Φ F + Φ F ( F G) = G F F G (d) ( Φ Ψ) = 0 (e) ( F) = ( F) F ( f ) ( F) = 0 (g) ( Φ) = 0 Exercício 5: As equações de Maxwell do eletromagnetismo, relacionam o campo elétrico E e o campo magnético B, quando eles variam com o tempo em regiões

livres de fontes de cargas elétricas e de correntes elétricas no vácuo, através das fórmulas: E = 0 E = B c t B = 0 B = E c t onde c é a velocidade da luz no vácuo. Usando as equações de Maxwell mostre que as componentes do campo elétrico e magnético satisfazem as seguintes equações diferenciais parciais de segunda ordem E = c E t B = c B t, que são equações de onda para os campos eletromagnéticos e que descrevem, entre outros fenômenos, a propagação de ondas luminosas no vácuo. Dica: Comece mostrando que ( E) = c E t ( B) = c B t usando as equações de Maxwell que envolvem rotacionais. A ordem com que as derivadas espaciais e temporais aparecem no resultado não importa, de modo que ( F ) ( F) = t t. Finalmente, use a identidade (e) do exercício 4 em conjunto com as equações de Maxwell que envolvem divergentes dos campos para obter as equações de onda. O Laplaciano de Um Campo Escalar Exercício 6: Verifique que a função Φ(x, y) = (Ae kx + Be kx )(C sin(ky) + D cos(ky)) 3

é solução da equação de Laplace em duas dimensões Φ(x, y) = 0, onde A, B, C,D e k são constantes a serem determinadas pelas condições de contorno do problema. Exercício 7: Verifique que a função potential V(r, θ) = ( Ar + B r ) P (cos θ) onde P (x) = x é o chamado polinômio de Legendre de ordem, é solução da equação de Laplace em coordenadas esféricas com simetria azimutal, ou seja, V não depende de φ, V(r, θ) = r 3 Integrais de Linha ( r V ) + r sin(θ) θ ( V ) sin(θ) = 0. θ Exercício 8: Calcule a integral de linha do campo vetorial F sobre a curva γ nos casos abaixo: F( r) = (x + y + z) k e γ : r(t) = (t, t, t ), 0 t (b) F( r) = x j e γ : r(t) = (t, 3), t (c) F( r) = (x + y) i + (x y) j e γ : r(t) = (t, t ), 0 t (d) F( r) = y i + x j + z k e γ : r(t) = (cos t, sin t, t), 0 t π (e) E(x, y) = x + y x i + y j x + y e γ : r(t) = (t, ), t ( f ) F( r) = x i z j + y k e γ : r(t) = t i + 3t j t k, t (g) F( r) = sin(x) i + cos(y) j + xz k e γ : r(t) = t 3 i t j + t k, 0 t Exercício 9: Calcule as integrais de linha 3 dy xdx + γ + y (b) (x + y )dy γ (c) 4x 3 dx + 4y 3 dy γ (d) x dx + y dy + z dz γ 4

Γ y x Figura : Exercício 9. Caminho de integração. onde a curva γ é a representada na figura acima. Exercício 0: Considere um campo escalar diferenciável Φ dado por Φ(x, y) = f (x) + f (y). Mostre que a integral de linha do campo vetorial F = Φ é nula sobre um caminho fechado parametrizado por uma função r(t), a t b, tal que r(b) = r. Exercício 0: O Teorema da Energia Cinética afirma que o trabalho realizado por uma força F desde um ponto A até um ponto B é igual à variação da energia cinética da partícula, ou seja, W AB = F d r = mv B mv A. γ Se uma partícula de massa Kg se desloca desde o ponto A = (, 0, ) ao ponto B = (,, 4) em linha reta sob a ação de um campo de forças (em Newtons) F = x i y j+z k, e se sua velocidade era de m/s no ponto A, com qual velocidade ela irá chegar ao ponto B? Assuma distâncias em metros. Dica: A equação da reta parametrizada é dada por: (x, y, z) = A + (B A)t. Exercício : Uma partícula carregada massiva entra em uma região do espaço onde existem campos elétricos, magnéticos e gravitacionais. A força devida ao campo magnético faz a partícula percorrer uma trajetória circular no plano y0z de raio, enquanto o campo elétrico, que aponta na direção x positiva, acelera a 5

0 4 3 0 0 Figura : Exercício. Trajetória de uma partícula sujeita a forças magnéticas, elétricas e gravitacionais.. partícula. Ao mesmo tempo, a partícula sofre a ação da gravidade, que a puxa na direção z. Se o campo gravitacional é dado por P = mg k, onde m é a massa da partícula e g a aceleração da gravidade local, qual o trabalho realizado por uma força F para manter a partícula na trajetória resultante da ação das forças elétrica e magnética? Essa trajetória, representada na figura, pode ser parametrizada por r(t) = ( cos(t), sin(t), t /0), 0 t 3π.Dica: A força F deve, em cada ponto da trajetória, anular a ação da força peso. Exercício : Se o potencial gravitacional é dado por Φ( r) = mgz, calcule o trabalho realizado pela força peso no exercício anterior nos casos em que: 0 t π (b) 0 t 3π (c) 0 t π (d) 0 t 5π (e) 0 t π ( f ) t 4 Exercício 3: Um campo vetorial conservativo F é dado pelo gradiente da função Φ( r) = e r r, r = r(t). 6

Calcule a integral de linha de F sobre a trajetória γ em cada um dos casos seguintes: γ : r(t) = (sin(t), cos(t)), 0 t π (b) γ : r(t) = ( cos(t), sin(t)), 0 t π/ (c) γ : r(t) = (sin(t), cos(t), t 3 ), 0 t π (d) γ : r(t) = (t, t, /t), t 4 (e) γ : r(t) = ( ln(t), 0, 0) π Exercício 4: Responda às seguintes questões a respeito de um campo vetorial F : Ω R 3 R 3 : Se o rotacional de F é nulo, o campo é conservativo? (b) Se integral de linha de F sobre um caminho fechado é diferente de zero, mas seu o rotacional é nulo, podemos afirmar que o campo é conservativo? (c) Se integral de linha de F sobre um caminho fechado é zero, mas seu o rotacional é não nulo, podemos afirmar que o campo é conservativo? (d) Se integral de linha de F sobre qualquer caminho fechado em Ω é nula, podemos afirmar que o campo é conservativo? (e) Se o rotacional de F é nulo em uma região Ω que não é simplesmente conexa, mas onde integral de linha de F sobre qualquer caminho fechado em Ω é nula, então F é conservativo? (f) Se o campo vetorial puder ser escrito em termos de uma função potencial que não seja contínua em todo Ω, ainda assim o campo será conservativo? Exercício 5: Um campo vetorial deriva de um potencial Φ(x, y) = / ln(x + y ) em uma região Ω = R (0, 0). Calcule a integral de linha desse campo ao longo das seguintes trajetórias: γ : r(t) = (cos(t), sin(t)), 0 t π (b) γ : r(t) = (cos(t), sin(t)), 0 t π/4 (c) γ : r(t) = (t, t + t 4 ), t 3 (d) γ : r(t) = ( e t, te t ), 0 t 7

EXERCÍCIOS PARA SEREM ENTREGUES EM /09: (d), 4(e), 5, 6, 0, 3(a,d). 8