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Relación entre los distintos sistemas de coordenadas

De Laplace

(Diferencias entre revisiones)
(Entre cartesianas y cilíndricas)
(Entre cilíndricas y esféricas)
Línea 13: Línea 13:
==Entre cilíndricas y esféricas==
==Entre cilíndricas y esféricas==
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Empleando de nuevo trigonometría podemos pasar de esféricas a cilíndricas. En primer lugar, la coordenada <math>\varphi</math> es la misma en los dos sistemas. El resto de coordenadas se relacionan mediante un nuevo triángulo rectángulo
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[[Imagen:cil-esf.png]]Empleando de nuevo trigonometría podemos pasar de esféricas a cilíndricas. En primer lugar, la coordenada <math>\varphi</math> es la misma en los dos sistemas. El resto de coordenadas se relacionan mediante un nuevo triángulo rectángulo
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<math>\rho = r\,\mathrm{sen}\,\theta\qquad z = r\,\cos\theta\qquad {\varphi} = {\varphi}</math>
+
<center><math>\rho = r\,\mathrm{sen}\hspace{0.1em}\theta\qquad z = r\,\cos\theta\qquad {\varphi} = {\varphi}</math></center>
y con las correspondientes relaciones inversas
y con las correspondientes relaciones inversas
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<math>r = \sqrt{\rho^2+z^2}\qquad \theta= \mathrm{arctg}\left(\frac{\rho}{z}\right)\qquad \varphi = \varphi</math>
+
<center><math>r = \sqrt{\rho^2+z^2}\qquad \theta= \mathrm{arctg}\left(\frac{\rho}{z}\right)\qquad \varphi = \varphi</math></center>
==Entre cartesianas y esféricas==
==Entre cartesianas y esféricas==

Revisión de 19:26 19 nov 2007

Contenido

1 Entre cartesianas y cilíndricas

Con un poco de trigonometría se puede establecer la relación entre los tres sistemas. Entre cartesianas y esféricas tenemos que la coordenada z, es la misma,
z = z\,

mientras que las coordenadas x\, e y\, constituyen los catetos de un triángulo rectángulo de hipotenusa \rho\,, por lo que

x = \rho\cos{\varphi} \qquad y = \rho\mathrm{sen}\,\varphi

De aquí se tienen las relaciones inversas

\rho = \sqrt{x^2+y^2}\qquad \varphi = \mathrm{arctg}\left(\frac{y}{x}\right)\qquad z = z

2 Entre cilíndricas y esféricas

Imagen:cil-esf.pngEmpleando de nuevo trigonometría podemos pasar de esféricas a cilíndricas. En primer lugar, la coordenada \varphi es la misma en los dos sistemas. El resto de coordenadas se relacionan mediante un nuevo triángulo rectángulo

No se pudo entender (Falta el ejecutable de <strong>texvc</strong>. Por favor, lea <em>math/README</em> para configurarlo.): \rho = r\,\mathrm{sen}\hspace{0.1em}\theta\qquad z = r\,\cos\theta\qquad {\varphi} = {\varphi}

y con las correspondientes relaciones inversas

r = \sqrt{\rho^2+z^2}\qquad \theta= \mathrm{arctg}\left(\frac{\rho}{z}\right)\qquad \varphi = \varphi

3 Entre cartesianas y esféricas

Combinando las relaciones anteriores obtenemos el paso de esféricas a cartesianas.

x = r\mathrm{sen}\,\theta\cos\varphi\qquad y = r\mathrm{sen}\,\theta\mathrm{sen}\,\varphi\qquad z = r\cos\theta

y sus correspondientes relaciones inversas

r = \sqrt{x^2+y^2+z^2}\qquad \theta = \mathrm{arctg}\left(\frac{\sqrt{x^2+y^2}}{z}\right)\qquad \varphi = \mathrm{arctg}\left(\frac{y}{x}\right)

4 Algunos ejemplos numéricos

4.1 De cartesianas a otros sistemas

Supongamos que debemos dar las coordenadas cilíndricas y esféricas del punto dado, en cartesianas, por

x=2\,\mathrm{m}\qquad y=-3\,\mathrm{m}\qquad z=4\,\mathrm{m}

La misma posición, en cilíndricas, se expresa

\rho=\sqrt{x^2+y^2}=3.606\,\mathrm{m}\qquad {\varphi} = \mathrm{arctg}\left(-\frac{3}{2}\right)=-0.983\,\mathrm{rad}\qquad
z=4\,\mathrm{m}

y, en esféricas,

r=\sqrt{\rho^2+z^2}=5.385\,\mathrm{m}\qquad \theta=\mathrm{arctg}\left(\frac{3.606}{4}\right)=0.734\,\mathrm{rad}\qquad {\varphi}= -0.983\,\mathrm{rad}

4.2 De esféricas a otros sistemas

Ahora supongamos que nos dan un punto, en esféricas, de coordenadas

r=3\,\mathrm{m}\qquad \theta=\frac{\pi}{6}\,\mathrm{rad}\qquad{\varphi}=\frac{\pi}{4}\,\mathrm{rad}

Este mismo punto, en cilíndricas, es

\rho=1.5\,\mathrm{m}\qquad {\varphi}=\frac{\pi}{4}\,\mathrm{rad}\qquad z =2.598\,\mathrm{m}

y en cartesianas

x=1.061\,\mathrm{m}\qquad y = 1.061\,\mathrm{m}\qquad z = 2.598\,\mathrm{m}

Dos detalles importantes:

  • Las coordenadas poseen unidades.
  • El que un punto se exprese de forma sencilla en un sistema no implica que sea simple en otro diferente.

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Líneas y superficies coordenadas

6 Artículo anterior

Coordenadas esféricas. Definición

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