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ghw_nit

铁杆木虫 (正式写手)

[求助] 什么是张量,基本思想是什么?

现在需要用到一些张量的知识,查了一下资料,只看到了一些定义,有人能给我解释一下定义这样的一个量的基本想法是什么?要分析什么问题才需要这样的量呢?
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wilde2540

木虫 (正式写手)

【答案】应助回帖

ghw_nit(金币+5): 谢谢解答,辛苦了 2011-11-17 14:47:12
引用回帖:
4楼: Originally posted by ghw_nit at 2011-11-17 10:34:20:
楼上给的解答,我看不懂,楼上给的例子,我没有接触过,我是学工科的,只是知道一点普通的物理,能给我据一点容易理解的例子么,现在发现我的知识结构真的还是差好多呀!!



不严格的来说吧。在频率域中考虑如下(线性的)问题。

比如,在由空气构成的全空间中,已知一个单位幅度的压力源,在r处产生的场,即压强变化为G,那么如果任意幅度A的压力源产生的场,根据叠加原理,直接等于AG。(因为他们都是标量)

现在把空气换成固体,比如在x方向有一个单位幅度的单力,在r处产生的场有三个方向(因为此时位移是个矢量),假定产生的三个方向的场用矢量G表示,Gx=axi+bxj+cxk(ijk分别表示xyz三个方向的单位矢量),即在三个方向产生的位移分别是ax,bx,cx。

同样,沿y方向的单力产生的场为Gy=ayi+byj+cyk
         沿z方向的单力产生的场为Gz=azi+bzj+czk

上面是已知条件,现在求任意方向的力F=Fxi+Fyj+Fzk的力在r产生的场,该如何计算呢?  有两种方法,

第一:很简单,也很直观,和上面的标量情形类似,将力分解在三个方向上,按上面每一个方向单位力产生的场是知道的,求得没一个方向的单力产生的场之后,对每一个方向的场进行叠加就得到三个方向的总场。

第二:上述过程很复杂,隐含了你做得一系列矢量分解,求和运算。现在,我们来这样计算,将三个方向力产生的场写成张量形式,即是如下的矩阵形式:
        ax   ay  az  
G=       bx   by  bz
            cx   cy   cz
第一列是x方向的力产生的三个场,一次是y,z方向产生的三个方向的场,
那么在第一种方法中的计算过程实际就是力F与G的点积。

这就是为什么引入张量,计算起来方便,数学表达式简单,而实际的计算过程就是第一种方法中的简单的矢量分解,求和过程。

居然码了这么多字。。。。。。挣金币不易啊
5楼2011-11-17 13:48:24
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wilde2540

木虫 (正式写手)

【答案】应助回帖

ghw_nit(金币+5): 谢谢解答 2011-11-17 10:30:14
引用回帖:
1楼: Originally posted by ghw_nit at 2011-11-17 09:45:25:
现在需要用到一些张量的知识,查了一下资料,只看到了一些定义,有人能给我解释一下定义这样的一个量的基本想法是什么?要分析什么问题才需要这样的量呢?

一个简单的例子。

比如,对于标量的(线性)声学情形,格林函数定义为系统的脉冲响应,即波动方程右端的源项,是delta函数时的解,根据线性叠加原理,那么对于一个复杂的声源f(w),声场用f(w)乘以格林函数然后求体积分就可以得到。

类似的,对于一个矢量的弹性动力学情形,定义系统的格林函数时,自然就是一个张量,因为此时delta函数可以是沿三个方向的单力,设为方向i,而沿每一个方向的单力都会产生三个方向的场,设为方向j,那么其格林函数就自然定义为Gij了,Gij就是一个张量,即相当于是不同方向(i)的力,产生的不同方向(j)的场,这样定义之后,对于任意方向的一个力,比如矢量F产生的场,直接用F dot product G就可以得到了。
2楼2011-11-17 10:24:22
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wilde2540

木虫 (正式写手)

引用回帖:
2楼: Originally posted by wilde2540 at 2011-11-17 10:24:22:
一个简单的例子。

比如,对于标量的(线性)声学情形,格林函数定义为系统的脉冲响应,即波动方程右端的源项,是delta函数时的解,根据线性叠加原理,那么对于一个复杂的声源f(w),声场用f(w)乘以格林函数然后 ...

这是关于格林函数的一个例子,可以简单的理解此时张量的物理意义,在别的应用中,可以类似的去分析其物理背景。对于更复杂的情况,则会有高阶张量出现。
3楼2011-11-17 10:31:24
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ghw_nit

铁杆木虫 (正式写手)

楼上给的解答,我看不懂,楼上给的例子,我没有接触过,我是学工科的,只是知道一点普通的物理,能给我据一点容易理解的例子么,现在发现我的知识结构真的还是差好多呀!!
4楼2011-11-17 10:34:20
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