Wir versuchen deshalb folgenden Ansatz als echte innere Verknüpfung zweier beliebiger Vektoren
und
:
Vektorprodukt:
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Außer dem Sinus des eingeschlossenen Winkels und den Längen der beiden Vektoren haben wir den
Einheitsvektor
dazugenommen, der senkrecht auf der von den beiden Vektoren aufgespannten Ebene steht und mit den Vektoren
und
(in dieser Reihenfolge!) eine Rechtsschraube bildet.
Zur deutlichen Unterscheidung vom Skalarprodukt verwenden wir als Malzeichen ein Kreuz
statt des Punktes und dazu noch eckige Klammern statt der runden. Viele geben sich
mit einem der beiden Unterscheidungsmerkmale zufrieden:
.
Manche nennen das Vektorprodukt auch "äußeres Produkt". Wir wollen diesen Ausdruck für eine echte
innere Verknüpfung im Vektorraum jedoch verständlicherweise möglichst vermeiden.
Wie beim Skalarprodukt betrachten wir zunächst wieder die Spezialfälle:
Für
und
kollinear, d.h. parallel oder antiparallel:
folgt
,
insbesondere:
Für
und
orthogonal, d.h.
senkrecht auf
:
folgt
,
insbesondere:
.
Die Länge des Produktvektors ist in diesem Fall maximal:
,
d.h. die Rechteckfläche mit den Längen der beiden Faktoren als Kantenlängen:
Bild 9.21: des Rechtecks
Im allgemeinen Fall ist die Länge des Produktvektors
die Fläche des von den beiden Faktoren aufgespannten Parallelogramms oder von gleicher Größe: eine der
beiden im nächsten Bild farbig getönten Rechteckflächen mit den Höhen des Parallelogramms.
Bild 9.22: Veranschaulichung der Größe des Betrags des Vektorprodukts in Abhängigkeit
vom Winkel zwischen den beiden Vektoren: Die Flächen sowohl des Parallelogramms als auch jedes der beiden
Rechtecke mit den Höhen des Parallelegramms geben den Betrag des Vektorproduktes wieder.
Falls der Winkel zwischen den Faktorvektoren
überschreitet,
wird der Sinus und folglich auch die Fläche negativ, was hier zu einer Umkehr der Richtung des Produktvektors
führt.
Aufgabe 9.32: Physikalische Vektorprodukte Wie erhalten Sie
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Aufgabe 9.33: Drehmomente Diskutieren Sie den Betrag und die Richtung des Drehmoments auf eine Kompaßnadel im magnetischen
Erdfeld, wenn der Winkel
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Aufgabe 9.34: Bilanz der Drehmomente
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