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Als '''Ortsvektor''' (auch '''Radiusvektor''' oder '''Positionsvektor''') eines Punktes bezeichnet man in der [[Mathematik]] und in der [[Physik]] einen [[Vektor]], der von einem festen [[Bezugssystem|Bezugspunkt]] zu diesem Punkt (Ort) zeigt.<ref>[[István Szabó (Ingenieur)|Istvan Szabó]]: ''Einführung in die Technische Mechanik.'' Springer, 1999, ISBN 3-540-44248-0, S. 12.</ref> In der elementaren und in der [[Synthetische Geometrie|synthetischen Geometrie]] können diese Vektoren als Klassen von verschiebungsgleichen Pfeilen oder gleichwertig als [[Parallelverschiebung]]en definiert werden. | Als '''Ortsvektor''' (auch '''Radiusvektor''' oder '''Positionsvektor''') eines Punktes bezeichnet man in der [[Mathematik]] und in der [[Physik]] einen [[Vektor]], der von einem festen [[Bezugssystem|Bezugspunkt]] zu diesem Punkt (Ort) zeigt.<ref>[[István Szabó (Ingenieur)|Istvan Szabó]]: ''Einführung in die Technische Mechanik.'' Springer, 1999, ISBN 3-540-44248-0, S. 12.</ref> In der elementaren und in der [[Synthetische Geometrie|synthetischen Geometrie]] können diese Vektoren als Klassen von verschiebungsgleichen Pfeilen oder gleichwertig als [[Parallelverschiebung]]en definiert werden. | ||
Ortsvektoren ermöglichen es, für die Beschreibung von [[Punkt (Geometrie)|Punkten]], von [[Punktmenge]]n und von [[Abbildung (Mathematik)| | Ortsvektoren ermöglichen es, für die Beschreibung von [[Punkt (Geometrie)|Punkten]], von [[Punktmenge]]n und von [[Abbildung (Mathematik)|Abbildungen]] die Vektorrechnung zu benutzen. Legt man ein [[kartesisches Koordinatensystem]] zugrunde, dann wählt man in der Regel den [[Koordinatenursprung]] als Bezugspunkt für die Ortsvektoren der Punkte. In diesem Fall stimmen die Koordinaten eines Punktes bezüglich dieses Koordinatensystems mit den Koordinaten seines Ortsvektors überein. | ||
In der [[ | In der [[Analytische Geometrie|analytischen Geometrie]] werden Ortsvektoren verwendet, um [[Affine Abbildung|Abbildungen]] eines [[Affiner Raum|affinen]] oder [[Euklidischer Raum|euklidischen Raums]] zu beschreiben und um Punktmengen (wie zum Beispiel [[Gerade]]n und [[Ebene (Mathematik)|Ebenen]]) durch Gleichungen und [[Parameterdarstellung]]en zu beschreiben. | ||
In der [[Physik]] werden Ortsvektoren verwendet, um | In der [[Physik]] werden Ortsvektoren verwendet, um den [[Ort (Physik)|Ort]] eines [[Körper (Physik)|Körpers]] in einem euklidischen Raum zu beschreiben. Ortsvektoren zeigen bei [[Koordinatentransformation]]en ein ''anderes'' Transformationsverhalten als [[Kovarianz (Physik)|kovariante Vektoren]]. | ||
== Schreibweisen == | == Schreibweisen == | ||
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Gelegentlich werden auch die Kleinbuchstaben mit Vektorpfeil benutzt, die den Großbuchstaben entsprechen, mit denen die Punkte bezeichnet werden, zum Beispiel: | Gelegentlich werden auch die Kleinbuchstaben mit Vektorpfeil benutzt, die den Großbuchstaben entsprechen, mit denen die Punkte bezeichnet werden, zum Beispiel: | ||
:<math>\vec p = \overrightarrow{OP},\ \vec q = \overrightarrow{OQ},\ \vec{a} = \overrightarrow{OA},\ \vec{b} = \overrightarrow{OB},\ \dots,\ \vec x = \overrightarrow{OX}</math> | :<math>\vec p = \overrightarrow{OP},\ \vec q = \overrightarrow{OQ},\ \vec{a} = \overrightarrow{OA},\ \vec{b} = \overrightarrow{OB},\ \dots,\ \vec x = \overrightarrow{OX}</math> | ||
Auch die Schreibweise, dass der Großbuchstabe, der den Punkt bezeichnet, mit einem Vektorpfeil versehen wird, ist üblich: | |||
:<math>\vec P = \overrightarrow{OP},\ \vec Q = \overrightarrow{OQ},\ \vec{A} = \overrightarrow{OA},\ \vec{B} = \overrightarrow{OB},\ \dots,\ \vec X = \overrightarrow{OX}</math> | |||
Vor allem in der Physik wird der Ortsvektor auch ''Radiusvektor'' genannt und mit Vektorpfeil als <math>\vec r</math> oder (insbesondere in der theoretischen Physik) halbfett als <math>\mathbf r</math> geschrieben. | |||
== Beispiele und Anwendungen in der Geometrie == | == Beispiele und Anwendungen in der Geometrie == | ||
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== Ortsvektor in verschiedenen Koordinatensystemen == | == Ortsvektor in verschiedenen Koordinatensystemen == | ||
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Der durch einen Ortsvektor beschriebene Punkt kann durch die Koordinaten eines Koordinatensystems ausgedrückt werden, wobei der Bezugspunkt des Ortsvektors normalerweise in den [[Koordinatenursprung]] gelegt wird. | Der durch einen Ortsvektor beschriebene Punkt kann durch die Koordinaten eines Koordinatensystems ausgedrückt werden, wobei der Bezugspunkt des Ortsvektors normalerweise in den [[Koordinatenursprung]] gelegt wird. | ||
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Der Ortsvektor als Funktion von [[Kugelkoordinaten]] ergibt sich durch Umrechnen der Kugelkoordinaten in die entsprechenden kartesischen Koordinaten zu | Der Ortsvektor als Funktion von [[Kugelkoordinaten]] ergibt sich durch Umrechnen der Kugelkoordinaten in die entsprechenden kartesischen Koordinaten zu | ||
:<math>\vec r = \vec r\,(r,\theta,\varphi) = | :<math>\vec r = \vec r\,(r,\theta,\varphi) = | ||
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== Physik == | == Physik == | ||
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Um die Position eines [[Himmelskörper]]s, der sich auf einer [[Umlaufbahn]] um ein [[Schwerezentrum]] bewegt, anzugeben, wird in der [[Himmelsmechanik]] als Ursprung des Orts- oder Radiusvektors dieses Schwerezentrum gewählt. Der Radiusvektor liegt dann stets in Richtung der [[ | Um die Position eines [[Himmelskörper]]s, der sich auf einer [[Umlaufbahn]] um ein [[Schwerezentrum]] bewegt, anzugeben, wird in der [[Himmelsmechanik]] als Ursprung des Orts- oder Radiusvektors dieses Schwerezentrum gewählt. Der Radiusvektor liegt dann stets in Richtung der [[Zweikörperproblem#Übergang zum äquivalenten Einkörperproblem|Gravitationskraft]]. Die [[Strecke (Geometrie)|Strecke]] des Ortsvektors wird ''Fahrstrahl'' genannt. Der Fahrstrahl spielt eine zentrale Rolle beim [[Keplersche Gesetze#Zweites Keplersches Gesetz (Flächensatz)|zweiten Keplerschen Gesetz (Flächensatz)]]. | ||
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* Klaus Desch: [ | * Klaus Desch: [https://www.desy.de/~desch/mathe2/blobelskript/kap11.pdf ''Mathematische Ergaenzungen zur Physik II, Kapitel 11: Vektoranalysis.''] (PDF, 210 kB). Institut für Experimentalphysik, Hamburg. | ||
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Als Ortsvektor (auch Radiusvektor oder Positionsvektor) eines Punktes bezeichnet man in der Mathematik und in der Physik einen Vektor, der von einem festen Bezugspunkt zu diesem Punkt (Ort) zeigt.[1] In der elementaren und in der synthetischen Geometrie können diese Vektoren als Klassen von verschiebungsgleichen Pfeilen oder gleichwertig als Parallelverschiebungen definiert werden.
Ortsvektoren ermöglichen es, für die Beschreibung von Punkten, von Punktmengen und von Abbildungen die Vektorrechnung zu benutzen. Legt man ein kartesisches Koordinatensystem zugrunde, dann wählt man in der Regel den Koordinatenursprung als Bezugspunkt für die Ortsvektoren der Punkte. In diesem Fall stimmen die Koordinaten eines Punktes bezüglich dieses Koordinatensystems mit den Koordinaten seines Ortsvektors überein.
In der analytischen Geometrie werden Ortsvektoren verwendet, um Abbildungen eines affinen oder euklidischen Raums zu beschreiben und um Punktmengen (wie zum Beispiel Geraden und Ebenen) durch Gleichungen und Parameterdarstellungen zu beschreiben.
In der Physik werden Ortsvektoren verwendet, um den Ort eines Körpers in einem euklidischen Raum zu beschreiben. Ortsvektoren zeigen bei Koordinatentransformationen ein anderes Transformationsverhalten als kovariante Vektoren.
In der Geometrie wird der Bezugspunkt (Ursprung) in der Regel mit
Gelegentlich werden auch die Kleinbuchstaben mit Vektorpfeil benutzt, die den Großbuchstaben entsprechen, mit denen die Punkte bezeichnet werden, zum Beispiel:
Auch die Schreibweise, dass der Großbuchstabe, der den Punkt bezeichnet, mit einem Vektorpfeil versehen wird, ist üblich:
Vor allem in der Physik wird der Ortsvektor auch Radiusvektor genannt und mit Vektorpfeil als
Für den Verbindungsvektor
Für die Koordinaten des Ortsvektors
Eine Verschiebung um den Vektor
Eine Drehung in der Ebene mit Drehzentrum
Eine allgemeine affine Abbildung, die den Punkt
Hierbei ist
Im dreidimensionalen Raum ergibt dies:
Entsprechende Darstellungen gibt es auch für andere Dimensionen.
Die Gerade durch die Punkte
besitzt. Man spricht hier auch von der Parameterform einer Geradengleichung.
Die Ebene durch den Punkt
erfüllt. Dabei ist
Der durch einen Ortsvektor beschriebene Punkt kann durch die Koordinaten eines Koordinatensystems ausgedrückt werden, wobei der Bezugspunkt des Ortsvektors normalerweise in den Koordinatenursprung gelegt wird.
Üblicherweise wird der Ortsvektor in kartesischen Koordinaten in der Form
definiert. Daher sind die kartesischen Koordinaten gleichzeitig die Komponenten des Ortsvektors.
Der Ortsvektor als Funktion von Zylinderkoordinaten ergibt sich durch Umrechnen der Zylinderkoordinaten in die entsprechenden kartesischen Koordinaten zu
Hier bezeichnet
Mathematisch gesehen wird hier die Abbildung (Funktion) betrachtet, die den Zylinderkoordinaten
Der Ortsvektor als Funktion von Kugelkoordinaten ergibt sich durch Umrechnen der Kugelkoordinaten in die entsprechenden kartesischen Koordinaten zu
Hierbei bezeichnet
Um die Position eines Himmelskörpers, der sich auf einer Umlaufbahn um ein Schwerezentrum bewegt, anzugeben, wird in der Himmelsmechanik als Ursprung des Orts- oder Radiusvektors dieses Schwerezentrum gewählt. Der Radiusvektor liegt dann stets in Richtung der Gravitationskraft. Die Strecke des Ortsvektors wird Fahrstrahl genannt. Der Fahrstrahl spielt eine zentrale Rolle beim zweiten Keplerschen Gesetz (Flächensatz).