Sources/Lexikon/Kugelkoordinaten

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.

Die Kugelkoordinaten kann man - ähnlich wie bei den Euler-Winkeln -zur Definition eines neuen, lokalen Koordinatensystems nutzen. Neben dem Flächen-Normalenvektor ${\vec {e}}_{r}$ spannen dabei die Tangentialvektoren ${\vec {e}}_{\varphi ,1},{\vec {e}}_{\varphi ,2}$ zu φ₁ und φ₂ eine neue Basis ${\vec {\underline {e}}}_{K}$ auf.

Einheitsvektoren der Orthogonalbasis ${\vec {\underline {e}}}_{K}=\left[{\vec {e}}_{r},{\vec {e}}_{\varphi ,1},{\vec {e}}_{\varphi ,2}\right]$, die in Punkt P der Kugel mit ${\vec {e}}_{r}$ die Flächennormale definieren und mit ${\vec {e}}_{\varphi ,1},{\vec {e}}_{\varphi ,2}$ die Tangentialebene aufspannen.

Die Transformationsmatrix

${\underline {\underline {D}}}_{12}\left(\varphi _{1}(t),\varphi _{2}(t)\right)={\begin{pmatrix}\cos {\left({{\varphi }_{1}}(t)\right)}\cos {\left({{\varphi }_{2}}(t)\right)}&\cos {\left({{\varphi }_{1}}(t)\right)}\sin {\left({{\varphi }_{2}}(t)\right)}&-\sin {\left({{\varphi }_{1}}(t)\right)}\\-\sin {\left({{\varphi }_{2}}(t)\right)}&\cos {\left({{\varphi }_{2}}(t)\right)}&0\\\sin {\left({{\varphi }_{1}}(t)\right)}\cos {\left({{\varphi }_{2}}(t)\right)}&\sin {\left({{\varphi }_{1}}(t)\right)}\sin {\left({{\varphi }_{2}}(t)\right)}&\cos {\left({{\varphi }_{1}}(t)\right)}\end{pmatrix}}$

Links

1. Kugelkoordinaten auf Wikipedia
2. Sources/Lexikon/Eulersche Winkel

Literature

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