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Raumwinkel und seine Fläche

Universität / Fachhochschule

Tags: Integral, Kugelfläche, Raumwinkel, Sinus, Strahlung

 
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Novalis

Novalis

15:36 Uhr, 03.07.2010

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Hallo Leute,

Bin gerade am Lernen für Physik und Strahlentheorie, und da haben wir den Raumwinkel eingeführt. Grundsätzlich verstanden, was das ist, habe ich glaube ich, aber ich komme nicht dahinter, warum die Formel für ein infinitesimales Flächenstück d Ω = sin ( γ ) d γ d φ lautet. Was macht der Sinus da drinnen? Wofür brauche ich den?

Hier noch ein Link zu Wikipedia mit einer Skizze:


Für alle, die mir helfen möchten (automatisch von OnlineMathe generiert):
"Ich möchte die Lösung in Zusammenarbeit mit anderen erstellen."
Hierzu passend bei OnlineMathe:
Flächenberechnung durch Integrieren
Stammfunktion (Mathematischer Grundbegriff)
Sinus (Mathematischer Grundbegriff)
Trigonometrie (Mathematischer Grundbegriff)
Wichtige trigonometrische Werte
Additionstheoreme
Sinusfunktion (Mathematischer Grundbegriff)
Rechenregeln Trigonometrie
Bestimmtes Integral (Mathematischer Grundbegriff)

Online-Übungen (Übungsaufgaben) bei unterricht.de:
 
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horle

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16:09 Uhr, 03.07.2010

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Das kommt von den Kugelkoordinaten.

Der Raumwinkel entspricht einem Oberflächenstück der Einheitskugel.

In Kugelkoordinaten wird ein Punkt über zwei Winkel definiert.
sin(γ)dγdφ ist also ein infititessimal kleines Flächenstück auf der Einheitskugel bzw ein infititessimal kleiner Raumwinkel dΩ

Wenn du also für einen bestimmten Winkelbereich den Raumwinkel suchst, integrierst du folgender Maßen:

Ω=φ1φ2γ1γ2sin(γ)dγd
Novalis

Novalis

17:00 Uhr, 03.07.2010

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OK, aber was macht der Sinus da drinnen? Warum rechne ich nicht einfach d γ d φ ohne Sinus, das ist wäre doch eigentlich die infinitesimal kleine Fläche, oder? Und falls ich eine Winkelfunktion wegen der Neigung brauche: warum genau sin ( γ ) ? Wie kann ich mir das räumlich vorstellen, was bewirkt dieser Sinus?

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horle

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19:28 Uhr, 03.07.2010

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dγdφ wäre das Produkt aus zwei Winkeln, keine Fläche.

Durch den Sinus bekommst du einen Kreisbogen der dann quasi über die Kugel wandert.

Auf wikipedia findest du unter Raumwinkel relativ weit unten einen Punkt: Zusammenhang zwischen Raumwinkel und Kugelkoordinaten

Da ist eine schöne Graphik aus der das glaube ich deutlich wird
Novalis

Novalis

20:39 Uhr, 03.07.2010

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d γ d φ wäre nur ein Produkt aus Winkeln - OK, aber der Sinus ist doch auch dimensionslos...?

Tut mir leid, ich bin da wohl etwas schwer von Begriff, aber der Wikipedia-Artikel ist genau der, den ich am Anfang als Beispiel angegeben habe, ich habe das auch nicht verstanden ;-)

Warum bekomme ich einen Kreisbogen mit Sinus? Der Sinus ist das Verhältnis aus Gegenkathete und Hypotenuse, bei der Wiki-Skizze wäre dann die Linie von Mittelpunkt zu Randpunkt der Fläche die Hypotenuse und eine Linie im rechten Winkel zur z-Achse die Gegenkathete - aber was sagt mir dieses Verhältnis? Mit d γ multipliziert ergibt das doch auch keine Linie oder Fläche, oder? Was ist d γ eigentlich, auf Wikipedia sieht es aus wie eine Fläche - ist das wirklich nur ein infinitesimaler Winkel? Ich steh da leider völlig auf der Leitung, ich kann es mir einfach nicht vorstellen...

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horle

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21:44 Uhr, 03.07.2010

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Zur Wikipediagraphik:

φ ist der Winkel in einer Ebene der Kugel und γ der Winkel in der darauf Senkrecht stehenden Ebene. Das wär sowas wie Breiten und Längengrade auf dem Globus.
Du kannst also mit zwei Winkeln eine Position beschreiben.
Mit dγ und dφ schneidest du sozusagen ein kleines Flächestück dA aus der Kugel raus.

dA=(rsinγdγ)(rdφ)

Je weiter du dich mit deinem Flächenstück vom Äquator entfernst und dem Pol näherst, desto weiter nähert sich γ 0° (Siehe Zeichnung)
Das Flächenstück wird immer kleiner je näher du einem Pol kommst. Das macht der Sinus.

Ich hoff das ist irgendwie nachvollziehbar.

Für den Raumwinkel musst du noch durch r² teilen als

dΩ=sinγdγdφ
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Novalis

Novalis

21:52 Uhr, 03.07.2010

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aaaaah jetzt versteh ichs. vielen dank für deine geduld!