Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

УрМатФиз / УрМатФиз с теорией

.pdf
Скачиваний:
13
Добавлен:
16.05.2024
Размер:
4.39 Mб
Скачать

2.5.13 r, | z.

D,

. ! "

 

:

 

 

 

 

 

R r +

R r

 

 

Z z

 

 

 

 

r

=

 

= :

 

 

R r

 

 

Z z

 

 

 

 

 

 

 

 

&' ! " ()

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R r +

1R r + R r = 0

2:5:14

 

 

 

r

 

 

 

 

 

 

 

Z z

Z z = 0:

 

2:5:15

2.5.12 2.5.7

2.5.4

 

R a = 0

jR r j 1 r ! 0:

2:5:16

! 2.5.14 , 2.5.16 #$ ! %- |( # )* !$ # )* + ,-

- $. . $ #/ 01 2.5.14 . 2 ! -

 

 

p

 

 

x

~

 

 

 

 

 

 

 

 

 

$

x =

 

r + ,- R r = R p ! R x :

! ) 2.5.14 ! ) $:

~

 

~

 

 

 

 

 

dx

~p

 

 

dR x

 

dR x

6

dr

=

dx

dr

=R

2 ~

 

d R x 7

 

~

dr2

=R :

 

1 2.5.14 01 8 , :

7

1

~ ~

 

~

 

 

R + xR + R x = 0:

2:5:17

9#/ :

~ = +

R x AJ0 x BN0 x

J0 x | + ,- 8 , , N0 x | + ,- .$-

, . ; , <$ $, -

#/ 2.5.14 :

R x = AJ0 p

 

r + BN0 p

 

r :

2:5:18

 

 

71

Rn r = J0 anr! :

2.5.16 r

0

= 0 ! "# N0 p r ! 1.

!

r = a # $%

& '$

"

 

 

 

 

 

J p

 

 

 

a = 0:

 

 

 

( J0 x = J1 x #

 

J1 p

 

a = 0:

 

 

 

) * $# & '

q

 

=

n

 

 

 

 

2:5:19

 

 

n

 

n =

1 1

 

a

n | -

, . .

J1 n = 0

n = 1 1:

/ *0 & ' $# 2.5.18

= n = 0:

2:5:20

( # # 34 2.5.15 = n:

Zn z nZn z = 0:

)&0 5 # % -# :

Z z = Anep n z + Bnep n z

&

Zn z = An sh q n z + Bn ch q n z:

8 # " #' " '& - , *0 '# '# # 2.5.8 , . .:

Zn z = An sh q n z + Bn ch q n z h =

 

 

= An sh

nz

+ Bn ch n z h

:

2:5:21

 

 

 

a

 

 

 

a

 

 

9 5 # ' %

 

 

 

 

 

 

 

 

sh q

 

z z=0= 0

 

@

ch q

 

z h

z=h= 0:

n

n

 

@z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

72

,

 

2.5.21

.

 

 

 

 

 

 

 

 

! ",

# $

 

2.5.12 :

 

 

 

un r z = Rn r Zn z n =

 

:

 

 

 

 

 

1 1

 

 

'

2.5.6 | 2.5.8 " + ",-

 

 

u r z =

un r z =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

=

1

0An sh nz + Bn ch n z h

1 J0

 

nr

!

 

2:5:22

 

n=1

@

a

 

 

a

A

 

a

 

 

, # ++ , -

r z.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

/ 2.5.22 2.5.8

 

 

 

 

1

Bn ch nhJ0

nr!

 

 

 

 

 

 

g2 r =

 

 

 

2:5:23

 

 

 

 

n=1

 

a

a

 

 

 

 

 

 

 

X

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

nh n

J0

nr

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

g3 r = n=1 An ch

a a

 

a ! :

 

2:5:24

 

 

 

X

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 $# " 3++ , An Bn - 4 $ + ", 50 a7 r:

a

 

nr

! J0

kr

a2 2

 

Z J0

 

a

a

! r dr = nk 2 J0

k :

0

 

 

 

 

 

 

8 # 2.5.23 J0

kr

! r, -

a

r 50 a7

 

 

 

 

 

 

a

kr

1

nh

a

nr

 

 

kr

 

 

 

 

0

 

X

 

0

a

! J0 a ! r dr =

Z g2 r J0

a ! r dr = n=1 Bn ch

a

Z J0

9 " :

Bk =

 

 

 

 

 

kh

a2 2

 

 

 

 

 

 

 

= Bk ch

a

 

2

J0

k :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

a

 

 

 

 

kr

! r dr:

 

 

 

 

 

 

 

Z g2 r J0

2:5:25

 

2

ch

kh

2

k

a

a

 

 

J0

0

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

73

 

2.5.24

 

 

 

 

 

 

2

 

a

akr! r dr:

 

Ak =

 

 

 

 

Z g3 r J0

2:5:26

 

a ch

kh

 

 

 

 

a

 

kJ k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.5.25 , 2.5.26 2.5.22

 

2.5.6 | 2.5.8 " #$% & .

' # (""$) An Bn , *- & # , 2.5.25 , 2.5.26 . # 2.5.22

) & 2.5.8 2.5.23 2.5.24

 

3J0 1r! =

1

 

Bn ch nhJ0 nr!

2:5:27

 

a

 

X

 

 

 

 

 

a

 

 

a

 

 

 

n=1

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

nh n

 

nr

! :

 

 

X

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0 = n=1 An ch

 

a

 

a J0

 

a

2:5:28

0 2.5.27 J0

 

 

1r

! = R1 r | & * &

 

 

a

" #$&. 0 # (""$) # )1 * )1 " #-

$&1 &1 2.5.27

 

B1 ch a1h = 3

 

 

 

 

Bn = 0

 

n 6=:1

2:5:29

4 2.5.28

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

An = 0

 

 

 

n =

1 1:

 

 

2:5:30

2.5.29 2.5.30 2.5.22

 

2.5.6 | 2.5.8 :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I

 

 

3

 

 

 

 

 

1 z h

 

1r

 

u

r z =

 

 

ch

 

 

 

J0

a ! :

2:5:31

ch

1h

 

a

 

 

 

 

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6 % II 2.5.9 | 2.5.11 & - )1. 7 # % ) & & 2.5.9 , - &,8 ) ) & 2.5.11 , -2.5.4

u r z = R r Z z :

2:5:32

74

2.5.32 2.5.9 :

1

rR0 r 0 Z z + Z z R r = 0

 

r

 

 

 

 

 

 

 

R r + R r

Z z

 

 

 

 

r

 

 

 

 

= Z z

= :

 

 

 

R r

 

 

!"

 

 

 

 

R r + 1r R r R r = 0

2:5:33

 

 

Z z + Z z = 0:

 

2:5:34

$ 2.5.32 %

& 2.5.11

 

 

 

Z0 = 0

Z h = 0:

2:5:35

' ( ) |+ & 2.5.34 , 2.5.35 . 1 . . -. & / .-

1$2 l = h

/ 3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2n + 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

q n =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n = 0 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2h

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2n + 1z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Zn z = sin

n = 0 1:

 

 

 

 

 

2h

 

 

4 5

!" 2.5.33 = n:

 

 

 

 

 

 

Rn r + 1r Rn r nRn r = 0:

2:5:36

-

 

3 3 x = p

 

r, % 1$-

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

~

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 & Rn r = Rn p n !

R x :

 

2.5.36

 

 

3:

 

 

 

 

 

 

 

~

 

~

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 ~

 

 

 

9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dR x

 

dR x dx

 

 

 

 

 

 

 

d R x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

~

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

~

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dr

= dx dr =Rq n

 

dr2

=R n:

75

2.5.36 -

 

1

~

~

R~

 

 

+ xR

R x = 0:

%&' ( ) :

~ = +

R x CI0 x DK0 x

I0 x | ,- . , / , K0 x | ,- 1 / . 2 / 3 - 3, &' ( 2.5.36 :

Rn r = CnI0 q n r + DnK0 q n r :

.4 ( 2.5.16 r ! 0 Dn = 0 n = 1 1 / ,- 1 / K0 p n r ! 1. 5 & 4 :

 

 

 

0

2n + 1r1

 

Rn r = CnI0 q n r = CnI0

:

@

2h A

. , 6 ( 7 68 ( 3 2.5.32 :

 

0 2n + 1r1

2n + 1z

 

un r z = Rn r Zn z = CnI0

@ 2h A sin

2h

:

9 ( 3 4 2.5.9 | 2.5.11 & / ,- - /

1

0 2n + 1r1

 

2n + 1z

 

 

un r z = X CnI0

@ 2h A

sin

2h

 

2:5:37

n=0

 

 

 

, 7 ,,-/ 7 6 - 6 r z: < 2.5.37 2.5.10 :

1

0 2n + 1a1

 

2n + 1z

 

 

g1 z = X CnI0

@ 2h A

sin

2h

:

2:5:38

n=0

 

 

 

76

0 h! *

n -0 h!:

h

#2n + 1'z

 

#2k + 1'z dz = nk h

 

sin

sin

:

 

2h

 

2h

2

 

) * #2.5.38' sin #2k + 1'z , z 2h

 

 

h

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z g1#z' sin #2k + 1'z dz = CkI0 0 #2k + 1'a

1 h:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2h

 

 

 

 

@

2h

 

A 2

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

Z

g1#z' sin #2k + 1'z dz

 

 

Ck =

 

 

 

 

k =

1 1

:

#2:5:39'

 

 

 

 

 

 

I0 0 #2k + 1'a1 h 0

 

 

 

 

 

 

 

2h

 

 

 

 

 

 

@

2h

 

A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 #2.5.39' #2.5.37' * 4

* #2.5.9'|#2.5.11'

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6 4 *

 

n , -

#2.5.39'. 2

#2.5.37' *

#2.5.10' * #2.5.38'

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 sin

3 z =

 

CnI0

0

 

n + 1a1 sin

n + 1z

:

 

 

:5:40

 

 

2h

 

0

 

 

 

 

@

 

 

 

2h

 

A

2h

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sin

3 z

= Z1

z | . -

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2h

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

! " # !$ !$ $ %

" % &$

 

 

 

 

 

 

 

 

" &

 

 

 

 

 

 

 

 

C1I0

3 a

! = 2

Cn = 0 "

n 6= 1:

 

 

 

:5:41

 

 

2h

 

 

 

' #

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

" & ) uII r z * # &

 

 

 

II

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

3 r

3 z

 

 

 

 

 

 

u

 

r z =

 

 

 

 

 

 

I0 2h ! sin 2h :

 

 

 

:5:42

 

 

 

 

I0

 

3 a

!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2h

 

 

 

 

 

 

 

77

2.5.1 | 2.5.4 2.5.31 2.5.42 .

.

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

1 z h

 

 

1r

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

3 r

 

 

3 z

 

 

 

u r z =

 

 

 

 

 

 

ch

 

 

J0

a !+

 

 

 

 

 

 

I0

2h ! sin

 

:

2:5:43

 

 

 

 

 

1h

 

a

 

 

 

 

3 a

 

2h

 

 

ch

 

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I0

2h !

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.5.1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

#$

4u = 0 ! & &

' D = f r ' z : r a 0 ' 2

0 z hg c ) & ) , & i

i | -

, !' - &

 

 

$ &

$ ! J0 i = 0

J1 i = 0:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.

u

 

 

 

 

 

= 2 sin z=h

 

u

zu=0

= J0 1r=a

 

u

zu=zh

= 0:

 

 

 

 

2.

u r=a= sin 3 z=2h

 

 

 

 

 

 

= J0 2r=a

 

 

 

 

= 0:

 

3.

 

 

r=a

= 2 cos 3 z=2h

 

z=0

 

 

 

 

=

J0 1r=a

z=h

 

 

= 0:

 

u

r=a

 

uz

z=0

 

u

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

uz z=0=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z=h

 

 

 

4.

u r=a= cos z=h

 

 

J0 2r=a

uz z=h= 0:

 

 

 

5.

ur

r=a= 3 sin 2 z=h

 

 

 

u z=0= J0 1r=a

 

u z=h= 0:

 

6.

ur

 

r=a

= 2 sin 5 z=2h

 

u

 

 

z=0

=

J0 2r=a

uz

z=h

= 0:

 

7.

ur

 

 

 

 

= cos 5 z=2h

 

 

uz

 

 

 

 

= J0 3r=a

u

 

 

 

= 0:

 

 

 

 

 

 

r=a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z=0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z=h

 

 

 

 

8.

u

 

r=a= sin 3 z=h

u

 

z=0= 0

 

 

 

u

 

z=h= J0 1r=a :

 

 

 

 

9.

u

 

 

 

 

= sin 3 z=2h

 

 

 

 

u

 

 

 

 

= 0

 

 

uz

 

 

= J0 1r=a :

 

10.

u r=a= cos 5 z=h

 

uz

 

z=0= 0

 

 

uz

 

 

z==h

J0 1r=a :

 

 

 

 

r=a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z=0

 

 

 

 

= 0

 

z=h

 

= J0 3r=a :

 

11.

u

r=a

= cos 5 z=2h

 

 

 

uz

z=0

 

 

u

 

 

12.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z=h

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ur r=a= sin 3 z=h

u z=0= 0

 

 

 

u z=h= J0 2r=a :

 

 

 

78

13.

u

a = sin 3 z= 2h

u z0 = 0

 

uz z=h= J0 1r=a :

14.

ur r=a= cos 3 z= 2h

uz z=0= 0

u z=h= J0 2r=a :

15.

u r=a= 4 sin 2 z=h

u z=0= 3J0 2r=a

u z=h= 0:

16.

u r=a= 3 sin 5 z= 2h

u z=0= 2J0 1r=a

uz z=h= 0:

17.

u r=a= 3 cos 5 z= 2h uz z=0= 3J0 3r=a

u z=h= 0:

18.

u r=a= 5 cos 3 z=h

 

uz z=0= 2J0 3r=a

uz z=h= 0:

19.

ur r=a= 5 sin 3 z=h

 

u z=0= 2J0 2r=a

u z=h= 0:

20.

ur r=a= 3 sin z= 2h

u z=0= 5J0 3r=a

 

uz z=h= 0:

21.

ur r=a= 2 cos z= 2h

uz z=0= 2J0 1r=a

u z=h= 0:

22.

u

r=a

= 2 sin z=h

u

z=0

= 0

u

z=h

= J0 3r=a :

23.u r=a= 3 sin 7 z= 2h

24.u r=a= 2 cos z= 2h

25.

u r=a= 5 cos z=h

u

 

 

 

z

26.

ur

= 2 sin z=h

u

 

r=a

 

 

27.ur r=a= 3 sin z= 2h

28.ur r=a= 2 cos 5 z= 2h

u z=0= 0 uz z=h= 2J0 2r=a : uz z=0= 0 u z=h= 3J0 1r=a : z=0= 0 uz z=h= 2J0 3r=a : z=0= 0 u z=h= J0 3r=a :

u z=0= 0 uz z=h= 2J0 1r=a :

uz z=0= 0 u z=h= 3J0 3r=a :

29.

u r=a= sin 5 z=h

u z=0= 2J0 2r=a

u z=h= 0:

30.

u r=a= sin z= 2h

u z=0= 2J0 3r=a

uz z=h= 0:

79

2.5.20 6 # |

2.5.2.

 

 

2

2

 

4u = 1r

@

r@u@r ! +

1

@'@ u2 +

@@zu2 = f r z

2:5:44

@r

r2

D =f r ' z: r a 0 ' 2 0 z hg

"# "# #

 

 

 

@u

a= 0

2:5:45

 

 

 

@r

 

u

 

@u

 

= 0

2:5:46

 

 

=

@z

z=h

 

2r z0

 

 

 

f r z = z z 2h J0

 

!, 2 | ' J1 = 0

a

J0 J1 | ( ) * * .

. , f r z -(( "

* # ' ', 2.5.44 | 2.5.46 .

', . . u r z. / 2.5.44 * #

4u = 1r @r@

2

 

r@u@r ! + @@zu2 = f r z :

2:5:47

2.5.47 , 2.5.45 , 2.5.46 # . - . * 2 "# ( # * 3 * 2 D

"# # 2.5.45 , 2.5.46 2 * 2 "# (-

# ' * 3 * , *- # ' z, . . * 2 "# ( # 2.5.34 , 2.5.35 . 5" 2 # . * 2 "# ( # ' * 3 * , * # ' r, . .

* 2 "# ( # Rn r = J0 nr! a

3 2.5.14 , 2.5.16 . 7 , 8 #

u r z =

1

Zn z J0 nr!

2:5:48

 

X

a

 

 

n=1

 

* * , # . . " (( * r z. 7-

( f r z . . # * -' # 2-

": ( ':

f r z =

1

fn z J0 nr!

2:5:49

 

X

a

 

 

n=1

 

80