משוואת הלמהולץ

משוואת הלמהולץ

אני מנסה להבין את הקשר בין פונקציות בסל לקואורדינטות גליליות. אולם, בכדי להבין את זה אני צריך קודם להבין את המשמעות הפיזיקאלית של משוואת הלמהולץ ולמה משתמשים בה לתאור הבעיה.
 

prefect

New member
משוואת הלמהולץ

היא למעשה משוואת הגלים כאשר מסתכלים על רכיב הרמוני אחד של השתנות בזמן (כלומר עושים התמרת פורייה לפי זמן ומשאירים רכיב בודד). לא כתבת לאיזו בעיה התכוונת, אבל אם התכוונת לבעיות של גלים עם סימטריה גלילית או ספרית, זה מסביר למה פונקציות בסל מופיעות בפתרון
 

פיסיקאי

New member
משוואת הלמהולץ

אני אדבר מכיוון של קרינה אלקטרומגנטית. אם משתמשים במשוואות Maxwell במקרה שאין מטענים או זרמים במרחב והתווך הוא איזומורפי אז אנחנו מקבלים את משוואת הגלים עבור שדה אמ"ג. עכשיו אם נחלק את הפתרון למשוואת הגלים למכפלה של פונקציה זמנית ושל פונקציה מרחבית. אזי הפתרון של הפונקציה הזמנית תהיה פונקציה הרמונית מהסוג של (EXP(-iwt. ואילו החלק המרחבי הוא פתרון של משוואה הלמהולץ שנראית בתמונה. למשל אם אני רוצה לדעת מה המודים המרחביים שנמצאים במהוד של לייזר אני צריך לפתור את משוואת הלמהולץ וכן יהיה יותר קל במקרים מסוימים לנצל את הסימטריה הגלילית של המהוד ולהשתמש בקואורדינטות גליליות עבור משוואת הלמהולץ. באופן כללי יותר משתמשים במשוואת הלמהולץ, כאשר אפשר להפריד בין חלק הזמני לחלק המרחבי של הפתרון למשוואת הגלים. למשל פתרון למודים של ממברנה או לבעיות של גלים אקוסטיים נצטרך לפתור את משוואת הלמהולץ. מקווה שעניתי לשאלתך ומאחל לך הנאה מהכניסה אל עולם פונקציות Bessel.
 

People

New member
קצת פירוט על הקשרים שרצית:

בתופעות גלים אנו מכירים 3 סוגי גלים בסיסיים: גלים מישוריים (בעלי חזית פאזה מישורית) - הם פתרונות של המערכת הקרטזית. גלים גליליים (חזית צילינדרית) - הם פתרונות של מערכת גלילית. גלים כדוריים - פתרונות של מערכת כדורית. כל משפחה של גלים היא מערכת שלמה לתיאור כל בעיות הגלים וכל סוג של פולס מרחבי! לכן בבעייה בעלת סימטריה קרטזית - נוח לבחור בסופרפוזיצה של גלים מישוריים. כך גם בבעיה כדורית ובבעיה גלילית. הפתרון של משוואת הגלים (משוואת הלמהולץ) במערכת גלילית היא פונ' בסל. (למעשה סופרפוזיציה של פונק' בסל מסוג ראשון ושני -פונ' ניומן) יהיה נוח לפרק כל בעייה במערכת גלילית לאסופה של גלים גליליים. למשל - פיזור ממפתח מעגלי, תגובת קרקע לקרינה א"מ וגלבו מעגלי. איך תכלס מפרקים בעייה לאסופה של גלים א"מ?! ע"י התמרת פורייה - בסל. כמו שהתמרת פוריה המרחבית בקואורדינטות קרטזיות היא פירוק לגלים מישוריים, קיימת התמרת פורייה בסל לקואורדינטות גליליות - אשר מקיימת את התכונות הרגילות של התמרת פורייה.
 
למעלה