Fandom

Science Wiki

Διάνυσμα

63.276pages on
this wiki
Add New Page
Talk1 Share

Ad blocker interference detected!


Wikia is a free-to-use site that makes money from advertising. We have a modified experience for viewers using ad blockers

Wikia is not accessible if you’ve made further modifications. Remove the custom ad blocker rule(s) and the page will load as expected.

Διάνυσμα

Vector


Physics-Atom-01-goog.jpg

Φυσική
Φυσικοί Γης
Επιστημονικοί Κλάδοι Φυσικής
Νόμοι Φυσικής
Θεωρίες Φυσικής
Πειράματα Φυσικής
Παράδοξα Φυσικής

Vectors-Bivector-01-goog.png

Διδιάνυσμα

Είναι μία μαθηματική ποσότητα που αποτελεί γενίκευση των αριθμών.

ΕτυμολογίαEdit

Η ονομασία "διάνυσμα" σχετίζεται ετυμολογικά με την λέξη άνυσμα.

ΠεριγραφήEdit

Διάνυσμα (επίσης άνυσμα) καλείται γενικά το Ευθύγραμμο Τμήμα το οποίο ενσωματώνει ταυτόχρονα και τις έννοιες της διεύθυνσης και της φοράς.

ΕφαρμογέςEdit

Τα διανύσματα βρίσκουν εκτεταμένες εφαρμογές στην Φυσική καθώς αναπαριστούν μαθηματικά διάφορα μεγέθη όπως:

Τα μεγέθη αυτά για να προσδιοριστούν επακριβώς δεν είναι αρκετό να γνωρίζουμε μόνο το μέτρο τους (και τη μονάδα μέτρησης). Αυτά τα μεγέθη για να τα προσδιορίσουμε χρειάζεται να ξέρουμε επιπλέον και τη διεύθυνσή τους στο χώρο και τη φορά τους. Τέτοια μεγέθη ονομάζονται διανυσματικά μεγέθη ή απλως διανύσματα.

Υπάρχουν βέβαια και αρκετά φυσικά μεγέθη όπως:

τα οποία προσδιορίζονται μόνο με το μέτρο τους, (στη φυσική χρειάζεται και η κατάλληλη Μονάδα Μέτρησης). Τα μεγέθη αυτά ονομάζονται μονόμετρα ή βαθμωτά.

ΓενικάEdit

Αρχείο:Vector addition.png

Ιστορική ΑναδρομήEdit

Το διάνυσμα είναι ένα χαρακτηριστικό παράδειγμα έννοιας που αναπτύχθηκε μέσα από την στενή αλληλεπίδραση Μαθηματικών και Φυσικής.

Από την αρχαιότητα ήταν γνωστός με διάφορες μορφές ο κανόνας του παραλληλογράμμου στους Έλληνες μαθηματικούς, σύμφωνα με τον οποίο το μέτρο και κατεύθυνση δύο δυνάμεων που ασκούνται σε ένα σώμα εκφράζονται με τη διαγώνιο του παραλληλογράμμου που σχηματίζουν.

Η αποδοχή και η συστηματική χρήση των αρνητικών αριθμών στα μαθηματικά και η μελέτη μεγεθών όπως η ταχύτητα, η δύναμη και η ορμή που χαρακτηρίζονται τόσο από το μέτρο τους όσο και από την κατεύθυνσή τους στο χώρο έφεραν στο προσκήνιο την έννοια του προσανατολισμένου ευθύγραμμου τμήματος και της προσανατολισμένης κίνησης, ιδέες που συναντώνται το 17o αιώνα στα έργα των Isaac Newton και G.W. Leibniz.

Η ανάπτυξη ενός συστηματικού λογισμού με προσανατολισμένα ευθύγραμμα τμήματα άρχισε για να δοθεί γεωμετρική ερμηνεία στους αρνητικούς αριθμούς αλλά και για να βρεθεί ένας τρόπος αναλυτικής έκφρασης του μήκους και της διεύθυνσης των ευθυγράμμων τμημάτων. Σημαντικό είναι το έργο των C. Wessel και R. Argand στον ορισμό των πράξεων με τυχαία τμήματα του επιπέδου. Στις εργασίες τους υπάρχουν οι βασικές ιδέες του σημερινού Διανυσματικού Λογισμού.

Η ουσιαστική ανάπτυξη όμως του πεδίου αυτού ξεκινά αργότερα με τη γενίκευση των πιο πανω ιδεών στο τρισδιάστατο χώρο και με τη θεμελίωση μιας γενικής μαθηματικής θεωρίας με τα έργα των W. Hamilton (Χάμιλτον) και H. Grassmann (Γκράσμαν). Κατά το 19ο αιώνα η ανάπτυξη του Διανυσματικού Λογισμού επηρεάστηκε από τη φυσική. Το 1880 οι φυσικοί J.W. Gibbs (Γκιμπς) και O. Heaviside δημιούργησαν τη σύγχρονη θεωρία του διανυσματικού λογισμού. Τέλος το 1888 ο G. Peano (Πεάνο) θεμελίωσε αξιωματικά την έννοια του διανυσματικού χώρου.

Αναπαράσταση ενός ΔιανύσματοςEdit

Στη Ευκλέιδεια Γεωμετρία το διάνυσμα ορίζεται ως ένα προσανατολισμένο ευθύγραμμο τμήμα δηλ, ως ένα ευθύγραμμο τμήμα του οποίου τα άκρα θεωρούνται διατεταγμένα, με το πρώτο άκρο να ονομάζεται αρχή του διανύσματος ή σημείο εφαρμογής και το δεύτερο πέρας του διανύσματος. Ένα διάνυσμα με αρχή το Α και πέρας το Β συμβολίζεται με \overrightarrow{AB} και παριστάνεται με ένα βέλος που ξεκινά από το Α και καταλήγει στο Β.

Εναλλακτικά για το συμβολισμό των διανυσμάτων χρησιμοποιούνται και έντονα κεφαλαία γράμματα του ελληνικού ή λατινικού αλφαβήτου (για παράδειγμα  A \ ) ή μικρά γράμματα επιγραμμισμένα με βέλος (για παράδειγμα \vec{a}).

Χαρακτηριστικά των διανυσμάτων Edit

Μέτρο διανύσματοςEdit

Μέτρο ή μήκος ενός διανύσματος \overrightarrow{AB} ονομάζεται η απόσταση μεταξύ των άκρων του A και B, δηλαδή το μήκος του ευθύγραμμου τμήματος AB. Συμβολίζεται με  \ | \overrightarrow{AB} |\ . Αν το διάνυσμα \overrightarrow{AB} έχει μέτρο 1 τότε ονομάζεται μοναδιαίο διάνυσμα.

Φορέας διανύσματοςEdit

Φορέας ενός μη μηδενικού διανύσματος ονομάζεται η ευθεία πάνω στην οποία βρίσκεται το διάνυσμα, για παράδειγμα φορέας του διανύσματος \overrightarrow{AB} είναι η ευθεία AB.

Συγγραμμικά ΔιανύσματαEdit

Αν δύο μη μηδενικά διανύσματα \overrightarrow{AB} και \overrightarrow{EZ} έχουν τον ίδιο φορέα ή παράλληλους φορείς λέγονται παράλληλα ή συγγραμμικά και λέμε ότι σε αυτή την περίπτωση έχουν ίδια διεύθυνση.

Τα συγγραμμικά διανύσματα διακρίνονται σε ομόρροπα και αντίρροπα.

Τα μη μηδενικά διανύσματα \overrightarrow{AB} και \overrightarrow{EZ} είναι:

  • Ομόρροπα, όταν έχουν παράλληλους φορείς και βρίσκονται στο ίδιο ημιεπίπεδο ως προς την ευθεία που ενώνει τις αρχές τους ή έχουν τον ίδιο φορέα και η μία από τις ημιευθείες AB και EZ περιέχει την άλλη.

Τα συγγραμμικά και ομόρροπα διανύσματα λέμε ότι έχουν ίδια κατεύθυνση (γράφουμε \overrightarrow{AB} \uparrow \uparrow \overrightarrow{EZ}).

  • Αντίρροπα, όταν δεν είναι ομόρροπα. Τα συγγραμμικά και αντίρροπα διανύσματα λέμε ότι έχουν αντίθετη κατεύθυνση (γράφουμε \overrightarrow{AB} \uparrow \downarrow \overrightarrow{EZ}).

Μηδενικό ΔιάνυσμαEdit

Μηδενικό διάνυσμα είναι το διάνυσμα στο οποίο η αρχή και το περάς συμπίπτουν και συμβολίζεται με \overrightarrow{0}. Για παράδειγμα το διάνυσμα \overrightarrow{AA} είναι ένα μηδενικό διάνυσμα.

Ως φορέα ενός μηδενικού διανύσματος θεωρούμε ότι είναι οποιαδήποτε από τις ευθείες που διέρχονται από την αρχή του.

Ίσα ΔιανύσματαEdit

Δύο μη μηδενικά διανύσματα ονομάζονται ίσα όταν έχουν ίδια κατεύθυνση και ίσα μέτρα (γράφουμε \overrightarrow{AB} = \overrightarrow{EZ}).

Αντίθετα ΔιανύσματαEdit

Δύο μη μηδενικά διανύσματα ονομάζονται αντίθετα όταν έχουν αντίθετη κατεύθυνση και ίσα μέτρα (γράφουμε \overrightarrow{AB} = - \overrightarrow{EZ} ή \overrightarrow{EZ} = - \overrightarrow{AB}).

Πράξεις ΔιανυσμάτωνEdit

Πρόσθεση διανυσμάτωνEdit

Έστω δύο διανύσματα \vec{\alpha} και \vec{\beta} και ζητούμε το άθροισμα \vec{\alpha} + \vec{\beta}.

Με αρχή ένα σημείο Ο παίρνουμε τα διανύσματα \overrightarrow{OA} = \vec{\alpha} και \overrightarrow{AB} = \vec{\beta}. Το διάνυσμα \overrightarrow{OB} λέγεται άθροισμα ή συνισταμένη των δύο διανυσμάτων. Το άθροισμα των διανυσμάτων αποδεικνύεται ότι είναι ανεξάρτητο από την επιλογή του σημείου O. Το άθροισμα δύο διανυσμάτων μπορεί να βρεθεί και με το λεγόμενο κανόνα του παραλληλογράμμου.

Γωνία δύο διανυσμάτωνEdit

Γωνία δύο μη μηδενικών διανυσμάτων ονομάζουμε τη κυρτή γωνία που αυτά σχηματίζουν αν τα πάρουμε με κοινή αρχή και είναι ανεξάρτητη από την επιλογή του σημείου κοινής αρχής.

Εσωτερικό γινόμενο δύο διανυσμάτωνEdit

Το εσωτερικό γινόμενο δύο διανυσμάτων \vec{\alpha} και \vec{\beta} συμβολίζεται με \vec{\alpha} \cdot \vec{\beta} και ορίζεται ως

\vec{\alpha}\cdot\vec{\beta}=\left\|\vec{\alpha}\right\|\left\|\vec{\beta}\right\|\cos\theta

όπου με \left\|\vec{\alpha}\right\| και \left\|\vec{\beta}\right\| συμβολίζουμε τα μέτρα των διανυσμάτων \vec{\alpha} και \vec{\beta} αντίστοιχα, με θ τη γωνία που σχηματίζεται ανάμεσα στα δύο διανύσματα και cosθ το συνημίτονό της (ελλ. συνθ ). Το εσωτερικό γινόμενο είναι ουσιαστικά το γινόμενο του πρώτου διανύσματος με τη προβολή του δευτέρου πάνω στο πρώτο. Είναι επίσης φανερό πως το εσωτερικό γινόμενο δύο διανυσμάτων θα είναι πάντοτε ένας αριθμός και όχι ένα νέο διάνυσμα όπως στην πρόσθεση και την αφαίρεση διανυσμάτων.

Όταν τα διανύσματα είναι κάθετα μεταξύ τους, το εσωτερικό γινόμενο είναι ίσο με το 0 (Μηδενικό Διάνυσμα), ενώ όταν είναι παράλληλα (ή αντιπαράλληλα) το εσωτερικό γινόμενο ισούται με το θετικό (ή αρνητικό αντίστοιχα) γινόμενο των μέτρων τους. Αυτό είναι φανερό γιατί cos90^o = 0 και cos0^o = 1 (επίσης cos180^o = -1).

Το εσωτερικό γινόμενο ορίζεται επίσης και ως το άθροισμα των γινομένων των επιμέρους συνιστωσών των διανυσμάτων. Συγκεκριμένα, αν το διάνυσμα \vec{\alpha} n διαστάσεων, είναι \vec{\alpha} = \alpha_1 \hat e_1 + \alpha_2 \hat e_2 + ... + \alpha_n \hat e_n και \vec{\beta}= \beta_1 \hat e_1 + \beta_2 \hat e_2 + ... + \beta_n \hat e_n με \hat e_1 , \hat e_2 ... \hat e_n να είναι τα μοναδιαία διανύσματα βάσης ενός διανυσματικού χώρου n διαστάσεων, τότε το εσωτερικό γινόμενο γράφεται ως:

\vec{\alpha} \cdot \vec{\beta}= \alpha_1 \cdot\beta_1+ \alpha_2 \cdot\beta_2+...+ \alpha_n \cdot\beta_n

Το εσωτερικό γινόμενο χρησιμοποιείται εκτεταμένα στις εξισώσεις της Φυσικής, όπως και όλος ο διανυσματικός λογισμός άλλωστε.

Εξωτερικό γινόμενο δύο διανυσμάτων Edit

Το εξωτερικό γινόμενο δύο διανυσμάτων είναι ουσιαστικά μια καινούρια πράξη μεταξύ διανυσμάτων. Διαφέρει από το εσωτερικό γινόμενο όσον αφορά τα αποτελέσματα των πράξεων. Στο μεν εσωτερικό γινόμενο λαμβάνουμε ένα βαθμωτό μέγεθος ως αποτέλεσμα, ενώ στο εξωτερικό παίρνουμε ένα διάνυσμα .

Το εξωτερικό γινόμενο δεν γενικεύεται για n διαστάσεις, έχει νόημα μόνο σε τρισδιάστατους χώρους. Αν \vec{\alpha} και \vec{\beta} είναι τα δύο διανύσματα, το εξωτερικό γινόμενο συμβολίζεται ως \vec{\alpha}\times\vec{\beta} και ορίζεται ως

\vec{\alpha}\times\vec{\beta}=\left\|\vec{\alpha}\right\|\left\|\vec{\beta}\right\|\sin(\theta)\hat n

όπου \left\|\vec{\alpha}\right\| και \left\|\vec{\beta}\right\| είναι τα μέτρα των διανυσμάτων \vec{\alpha} και \vec{\beta}, \theta είναι η γωνία μεταξύ των δύο διανυσμάτων και \hat n είναι το μοναδιαίο διάνυσμα κάθετο στο επίπεδο στο οποίο βρίσκονται τα \vec{\alpha} και \vec{\beta}. Γραφικά, το εξωτερικό γινόμενο αναπαρίσταται από το σχήμα αριστερά.

Στο σχήμα αυτό, διακρίνονται τα διανύσματα \vec a, \vec b, το διάνυσμα \hat n που είναι κάθετο στα \vec a και \vec b, καθώς και τα προϊόντα του εξωτερικού γινομένου \vec a\times\vec b και \vec b\times\vec a=-\vec a\times\vec b. Η ασάφεια που υπάρχει ως προς τη φορά που θα έχει το αποτέλεσμα του εξωτερικού γινομένου, λύνεται με τον κανόνα της δεξιάς χειρός. Αντιστοιχώτας στο διάνυσμα \vec a τον αντίχειρα και στο διάνυσμα \vec b τον δείκτη του δεξιού μας χεριού, ο μέσος θα δείχνει τότε την κατεύθυνση του διανύσματος \vec a\times\vec b, εφ' όσον είναι κάθετος στον αντίχειρα και τον δείκτη.

Για παράλληλα ή αντιπαράληλλα διανύσματα το εξωτερικό γινόμενο δίνει το μηδενικό διάνυσμα, εφόσον sin0^o = 0 και sin180^o = 0.

ΥποσημειώσειςEdit

Εσωτερική ΑρθρογραφίαEdit

ΒιβλιογραφίαEdit

ΙστογραφίαEdit


Ikl.jpg Κίνδυνοι ΧρήσηςIkl.jpg

Αν και θα βρείτε εξακριβωμένες πληροφορίες
σε αυτήν την εγκυκλοπαίδεια
ωστόσο, παρακαλούμε να λάβετε σοβαρά υπ' όψη ότι
η "Sciencepedia" δεν μπορεί να εγγυηθεί, από καμιά άποψη,
την εγκυρότητα των πληροφοριών που περιλαμβάνει.

"Οι πληροφορίες αυτές μπορεί πρόσφατα
να έχουν αλλοιωθεί, βανδαλισθεί ή μεταβληθεί από κάποιο άτομο,
η άποψη του οποίου δεν συνάδει με το "επίπεδο γνώσης"
του ιδιαίτερου γνωστικού τομέα που σας ενδιαφέρει."

Πρέπει να λάβετε υπ' όψη ότι
όλα τα άρθρα μπορεί να είναι ακριβή, γενικώς,
και για μακρά χρονική περίοδο,
αλλά να υποστούν κάποιο βανδαλισμό ή ακατάλληλη επεξεργασία,
ελάχιστο χρονικό διάστημα, πριν τα δείτε.



Επίσης,
Οι διάφοροι "Εξωτερικοί Σύνδεσμοι (Links)"
(όχι μόνον, της Sciencepedia
αλλά και κάθε διαδικτυακού ιστότοπου (ή αλλιώς site)),
αν και άκρως απαραίτητοι,
είναι αδύνατον να ελεγχθούν
(λόγω της ρευστής φύσης του Web),
και επομένως είναι ενδεχόμενο να οδηγήσουν
σε παραπλανητικό, κακόβουλο ή άσεμνο περιεχόμενο.
Ο αναγνώστης πρέπει να είναι
εξαιρετικά προσεκτικός όταν τους χρησιμοποιεί.

- Μην κάνετε χρήση του περιεχομένου της παρούσας εγκυκλοπαίδειας
αν διαφωνείτε με όσα αναγράφονται σε αυτήν

IonnKorr-System-00-goog.png



>>Διαμαρτυρία προς την wikia<<

- Όχι, στις διαφημίσεις που περιέχουν απαράδεκτο περιεχόμενο (άσεμνες εικόνες, ροζ αγγελίες κλπ.)


Also on Fandom

Random Wiki