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Integrales de camino. Ejemplos

De Laplace

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1 Un ejemplo sencillo

1.1 Enunciado

Por poner un ejemplo de integral de camino, supongamos que nos piden, dado el campo

\mathbf{A} = (x-y)\mathbf{u}_x+(x+y)\mathbf{u}_y + z\mathbf{z}

hallar la integral

C = \oint \mathbf{A}\cdot\mathrm{d}\mathbf{r}

sobre una circunferencia de radio R\, situada en el plano XY\, y con centro el origen de coordenadas (el circulito de la integral significa que la integral se hace sobre una curva cerrada).

1.2 Elección del sistema de coordenadas

El camino de integración es una circunferencia horizontal, lo que corresponde a una línea coordenada de la coordenada \varphi.

Por ello, parece conveniente elegir o bien coordenadas cilíndricas o bien coordenadas esféricas (ya que ambos sistemas comparten la coordenada \varphi). Como el sistema cilíndrico parece más sencillo que el esférico, nos quedaremos con él.

El problema es que el vector que hay que integrar viene expresado en cartesianas, así que hay que pasarlo a cilíndricas. Si sustituimos las expresiones de las coordenadas

\mathbf{A} = \rho(\cos\varphi-\mathrm{sen}\,\varphi)\mathbf{u}_{x}+\rho(\cos\varphi-\mathrm{sen}\,\varphi)\mathbf{u}_y+z\mathbf{u}_{z} =

= \rho(\cos\varphi\mathbf{u}_{x}+\mathrm{sen}\,\varphi\mathbf{u}_y)+\rho(-\mathrm{sen}\,\varphi\mathbf{u}_x+\cos\varphi\mathbf{u}_y)+z\mathbf{u}_{z} =

=\rho\mathbf{u}_\rho +\rho\mathbf{u}_\varphi + z\mathbf{u}_{z}

donde hemos usado igualmente las relaciones entre las bases vectoriales.

1.3 Sustitución de los distintos términos

1.4 Cálculo de la integral

2 Un ejemplo más complicado

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