Задача

Найти поток вектора $ \mathbf{F}= (x^{2}+y^{2}+z^{2})\vec j$ через [боковую] поверхность конуса $ y=\sqrt{x^{2}+z^{2}} ,\;0\leqslant y\leqslant h $ , ориентированную внешней нормалью.

Решение. В качестве локальных координат на конусе можно было бы выбрать $ x$ и $ z$ . Согласование с заданной ориентацией диктует именно этот порядок локальных координат: $ (x,z)$ (вектор внешней нормали составляет с осью $ y$ тупой угол). Более удобно сразу воспользоваться переходом к полярным координатам. Таким образом, приходим к следующей параметризация поверхности $ \Gamma$

$\displaystyle x=r\cos\varphi ,\quad y=r ,\quad z=r\sin\varphi ,\qquad r\in[0.h],\quad \varphi \in[0,2\pi) ,$    

с ориентацией, определенной порядком $ (r,\varphi)$ локальных координат (ввиду, например, равенства $ dx\wedge dz= r dr\wedge d\varphi $ и положительности $ r$ ). Тогда, искомый поток равен

\begin{multline*}
\iint\limits_{\Gamma} (x^{2}+y^{2}+z^{2}) dz\wedge dx=- \iint...
...ts_{0}^{2\pi}d\varphi
\int\limits_{0}^{h}r^{3} dr=-\pi h^{4} .
\end{multline*}

$ \qedsymbol$



Александр Будылин
2004-08-30