Sources/Lexikon/Kugelkoordinaten: Unterschied zwischen den Versionen

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In Kugelkoordinaten oder räumlichen Polarkoordinaten wird ein Punkt ''P'' im dreidimensionalen Raum durch seinen Abstand vom Ursprung und zwei Winkel angegeben.  
In Kugelkoordinaten oder räumlichen Polarkoordinaten wird ein Punkt ''P'' im dreidimensionalen Raum durch seinen Abstand vom Ursprung und zwei Winkel angegeben.  
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[[Datei:Kugelkoordinaten-01.png|210px|left|mini|Kugelkoordinaten r, ''φ<sub>1</sub>, φ<sub>2</sub>'' eines Punktes ''P'' und kartesisches Koordinatensystem mit den Achsen ''x<sub>1</sub>, x<sub>2</sub>,x<sub>3</sub>''.]]
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\sin{\left( {{\varphi }_1}(t)\right) } \cos{\left( {{\varphi }_2}(t)\right) } & \sin{\left( {{\varphi }_1}(t)\right) } \sin{\left( {{\varphi }_2}(t)\right) } & \cos{\left( {{\varphi }_1}(t)\right) }\end{pmatrix}
\sin{\left( {{\varphi }_1}(t)\right) } \cos{\left( {{\varphi }_2}(t)\right) } & \sin{\left( {{\varphi }_1}(t)\right) } \sin{\left( {{\varphi }_2}(t)\right) } & \cos{\left( {{\varphi }_1}(t)\right) }\end{pmatrix}
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Version vom 4. April 2022, 12:58 Uhr

Definition

In Kugelkoordinaten oder räumlichen Polarkoordinaten wird ein Punkt P im dreidimensionalen Raum durch seinen Abstand vom Ursprung und zwei Winkel angegeben.

Kugelkoordinaten r, φ1, φ2 eines Punktes P und kartesisches Koordinatensystem mit den Achsen x1, x2,x3.

So ist der Vektor vom Ursprung zum Punkt P

r=rer

mit

er=(sin(φ1)cos(φ2)sin(φ1)sin(φ2)cos(φ1)).

Die Kugelkoordinaten kann man - ähnlich wie bei den Euler-Winkeln -zur Definition eines neuen, lokalen Koordinatensystems nutzen. Neben dem Flächen-Normalenvektor er spannen dabei die Tangentialvektoren eφ,1,eφ,2 zu φ1 und φ2 eine neue Basis e_K auf.

Einheitsvektoren der Orthogonalbasis e_K=[eφ,1,eφ,2,er], die in Punkt P der Kugel mit er die Flächennormale definieren und mit eφ,1,eφ,2 die Tangentialebene aufspannen.

Die Koordinatentransformation erfolgt über

(eφ,1eφ,2er)=D__12(φ1(t),φ2(t))(ex,1ex,2ex,3)

mit der Transformationsmatrix

D__12(φ1(t),φ2(t))=(cos(φ1(t))cos(φ2(t))cos(φ1(t))sin(φ2(t))sin(φ1(t))sin(φ2(t))cos(φ2(t))0sin(φ1(t))cos(φ2(t))sin(φ1(t))sin(φ2(t))cos(φ1(t)))



Links

  1. Kugelkoordinaten auf Wikipedia
  2. Sources/Lexikon/Eulersche Winkel
  3. Quaternionen für Drehungen
  4. Geographische Koordinaten

Literature

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