Esercizi svolti · Scheda 1
Riconoscimento di campi conservativi e costruzione del potenziale
Teoria usata: Campo irrotazionale (campo chiuso)Irrotazionale su semplicemente connesso implica conservativoPotenziale per integrazione successiva
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Esercizio 1
Stabilire se il campo
è conservativo su e, in caso affermativo, determinarne i potenziali.
Le derivate incrociate coincidono in ogni punto, quindi il campo è irrotazionale su . Poiché è semplicemente connesso, il teorema sui campi irrotazionali su domini semplicemente connessi si applica e il campo è conservativo. Il potenziale si costruisce per integrazione successiva: integrando la prima componente rispetto a , con trattata come una costante, si ottiene più una funzione della sola . Derivando rispetto a e imponendo che il risultato coincida con la seconda componente si ricava , perciò . La verifica finale conferma che il gradiente di è .
Esercizio 2
Stabilire se il campo
è conservativo su .
Il campo non è conservativo su .
Un campo conservativo di classe è irrotazionale, quindi l’uguaglianza delle derivate incrociate è una condizione necessaria. Qui la derivata di rispetto a vale e la derivata di rispetto a vale ; le due funzioni coincidono solo sui punti con , non su tutto . Poiché la condizione necessaria non è soddisfatta, il campo non è conservativo e la costruzione del potenziale non va tentata.
Esercizio 3
Stabilire se il campo
è conservativo su e, in caso affermativo, determinarne i potenziali.
La derivata di rispetto a si calcola con la regola del prodotto sul termine e vale ; lo stesso calcolo su dà la derivata di rispetto a , che è identica. Il campo è quindi irrotazionale sul dominio semplicemente connesso , perciò è conservativo. Nell’integrazione rispetto a il termine ha primitiva , poiché la derivata di rispetto a è . Imponendo il termine si semplifica da entrambi i membri e resta , quindi .
Esercizio 4
Stabilire se il campo
è conservativo su e, in caso affermativo, determinarne i potenziali.
Nello spazio la condizione necessaria è l’annullarsi del rotore. La prima componente del rotore è la derivata di rispetto a meno la derivata di rispetto a , cioè ; le altre due componenti si annullano con lo stesso calcolo. Poiché è semplicemente connesso, il campo è conservativo. L’integrazione successiva ha tre passi: integrando rispetto a si ottiene più una funzione delle altre due variabili; imponendo risulta , quindi dipende dalla sola ; imponendo risulta , perciò .