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右手定则

2020-10-16
出处:族谱网
作者:阿族小谱
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矢量有序偶设定的方向假设执行有序运算于两个矢量a{displaystylemathbf{a}}、b{displaystylemathbf{b}}的结果是矢量c{displaystylemathbf{c}},其中,c{displaystylemathbf{c}}垂直于a{displa

矢量有序偶设定的方向

假设执行有序运算于两个矢量 a{\displaystyle \mathbf {a} } 、b{\displaystyle \mathbf {b} } 的结果是矢量 c{\displaystyle \mathbf {c} } ,其中,c{\displaystyle \mathbf {c} } 垂直于 a{\displaystyle \mathbf {a} } 、b{\displaystyle \mathbf {b} } ,则可使用弗莱明右手定则或右手开掌定则来决定矢量 c{\displaystyle \mathbf {c} } 的方向。最常见的例子是矢量叉积:

弗莱明右手定则

右手定则

弗莱明右手定则,大拇指代表x轴,食指代表y轴,中指代表z轴

采用弗莱明右手定则:

如右图所示,右手三根手指互相垂直,大拇指的方向是 a/x/I{\displaystyle \mathbf {a} /\mathbf {x} /\mathbf {I} } 的方向、食指的方向是 b/y/B{\displaystyle \mathbf {b} /\mathbf {y} /\mathbf {B} } 的方向、中指的方向则为 c/z/F{\displaystyle \mathbf {c} /\mathbf {z} /\mathbf {F} } 的方向。

假设两个矢量 a{\displaystyle \mathbf {a} } 、b{\displaystyle \mathbf {b} } 不互相垂直,则可将右手掌张开,将四根手指朝着 a{\displaystyle \mathbf {a} } 的方向指去,然后将大拇指伸开垂直于四根手指,再找到这四根手指与 b{\displaystyle \mathbf {b} } 之间角度最小的夹角,将这四根手指弯扫过这夹角,则 c{\displaystyle \mathbf {c} } 的方向是大拇指所指的方向。

右手定则可以用来找到力矩的方向。将右手掌张开,将四根手指从参考点朝著作用力的位置 r{\displaystyle \mathbf {r} } 指去,然后将大拇指伸开垂直于四根手指,再找到这四根手指与作用力 F{\displaystyle \mathbf {F} } 之间角度最小的夹角,将这四根手指弯扫过这夹角,则力矩矢量的方向是大拇指所指的方向。

右手开掌定则

右手定则

右手开掌定则:使用右手,将大拇指朝着电流 I{\displaystyle \mathbf {I} } 方向指去,再将其它四根手指朝着磁场 B{\displaystyle \mathbf {B} } 方向指去,则掌心所面对的方向就是磁力 F{\displaystyle \mathbf {F} } 的方向。

电流、磁场与导线受力方向,三者之间的关系,可用右手开掌定则来决定。如右图所示,将右手掌张开,四指指向磁场 B{\displaystyle \mathbf {B} } 方向,大拇指张开与四指垂直指向导线上电流 I{\displaystyle \mathbf {I} } 方向,则掌心推出的方向即为导线的受力 F{\displaystyle \mathbf {F} } 方向,三者间两两相互垂直。

由旋转设定的方向

对于物体或流体的旋转、磁场等等,可以使用右手定则来设定矢量。逆反过来,对于由矢量设定的旋转的案例,可以用右手定则来了解旋转的转动方式。

右手定则可以用于安培定律的两种互补应用方法:

右手定则

安培右手定则:将右手的大拇指指向电流 I{\displaystyle I\,\!} 方向,再将其它四根手指握紧电线,则弯曲的方向决定磁场 B{\displaystyle \mathbf {B} \,\!} 的方向。

螺线管载有的电流,会产生磁场。使用右手定则,可以判断磁场方向。将右手握住螺线管,四根手指朝着电流方向指去,然后将大拇指沿着螺线管的中心轴伸直,则磁场的方向即为大拇指所指的方向。

右手定则也可以用来辨明一条电线四周磁场的方向。对于这用法,右手定则称为“安培右手定则”,或“安培定则”。如右图所示,假若将右手的大拇指朝着电线的电流方向指去,再将其它四根手指握紧电线, 则四根手指弯曲的方向为磁场的方向。

在矢量微积分里,右手定则被用来定义面积矢量和其边界矢量之间的关系:将四根手指指向边界矢量的方向,大拇指为面积矢量的方向。

应用

右手定则可以用来找到两个矢量的叉积的方向。由于这用途,在物理学里,每当叉积出现时,就可以使用右手定则。以下列出一些物理量,它们的方向可以用右手定则找出:

一个正在进行转动运动的物体,其角速度和此物体内部任何一点的转动速度。

施加作用力于某位置所造成的力矩。

载流导线在四周所产生的磁场。

随着时间的演进而变化的电通量也会生成磁场。

移动于磁场的带电粒子所感受到的洛伦兹力。

移动于磁场的导体,因为动生电动势而产生的感应电流。

流体在任意位置的涡度。

左手系统

右手定则

弗莱明左手定则,左手三根手指互相垂直,中指的方向为电流方向、食指的是磁场方向、大拇指的则是导体感受到的推力的方向

在某些状况,可能会使用到左手定则。例如,左手性物质(left-handed material)。通常在正常状况,电磁波的电场、磁场、波动的传播方向会遵守右手定则。但是,左手性物质的折射指数是负值。因此,波动会朝着反方向传播。

弗莱明左手定则,又称电动机定则,可以求出处于磁场的载流导线所感受到的推力的方向。

备注

中国的有些物理教科书中的右手定则实为弗莱明右手定则的变体,而将这个定则叫做“右手螺旋定则”。


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