複素解析と二次元流体

僕が書いたくっきーさんへの日記コメントの再編録。

二次元流体の速度ベクトルv=(v_1,v_2)に対して、複素速度ベクトル
f=v_1-iv_2を定義します(マイナスに注意)。
(マイナスが入るのは速度ポテンシャルΦ+iψを正則としていてそれの微分でfを定義している事情があるため。)

dx=(dx_1,dx_2) dz=dx_1+ idx_2として

∫fdz=∫ v・dx + i v×dx(積分範囲は閉曲線)
=∫ rot v dx_1 dx_2 + i div v dx_1 dx_2
(ストークス、ガウスの定理)

一方 df/d\bar{z}= div v - i rot v

より∫fdz= ∫ i df /d \bar{z}
(一般のfについて成立)


vが渦なし噴出なし⇔fは正則

f=1/zは 点状の湧き出し
( df/d\bar{z}〜δ(z) )

i/z は 点状の渦

コーシーの定理⇔点電化のガウスの定理

\bar{z}は非圧縮液体の一様な湧き出し
i\bar{z}は非圧縮液体の一様な渦(IHヒーターにかけた鍋の底の電子がこんな感じと思う。)