Théorème de Stokes et d'Ostrogradski

Bonjour
Il m'est demandé de répondre à des questions concernant un champ de vecteur. Cependant, j'ai du mal à bien étudier et appliquer le théorème de Stokes et Ostrogradski. En effet, ces deux théorèmes restent un peu flou pour ma part.
Je me tourne donc vers vous pour me donner des pistes de compréhension.

Voici l'intitulé de l'exercice.
Soit le champ de vecteurs $$\overrightarrow{E}=y \overrightarrow{i} +x(1-2z) \overrightarrow{j} - xy \overrightarrow{k}.

$$ D’autre part on considère les deux surfaces suivantes dans $\R^3$ :
\begin{align*}
— S : &x^2 + y^2 + z^2 = r^2,\ z \geq 0 \\
— C : & x^2 + y^2 \leq r^2 \quad\text{et}\quad z = 0
\end{align*} $r$ étant un réel strictement positif.
Il m'est demandé de répondre aux questions suivantes.

$\bullet~$ Calculer la circulation du champs $\overrightarrow{E}$ le long de la frontière $\gamma $ de la surface $C$ orientée dans le sens trigonométrique.
Que pouvez-vous conclure sur le flux du rotationnel $\overrightarrow{Rot}(\overrightarrow{E})$ à travers de la surface $S$ ?

Pour calculer la circulation, j'applique le théorème de Stokes : $\int_C \overrightarrow{E}*\overrightarrow{dl} = \iint_C -2z\mathrm dS = 0.$
Puisque $z=0$
Le calcul vous semble-t-il correct et si oui, je n'arrive pas à conclure quant au flux du rotationnel. Pouvez-vous me donner des éléments de réponses ou alors des pistes pour pouvoir y répondre ?

$\bullet~$ En appliquant intelligemment le théorème d’Ostrogradski montrer que le flux du champs $\overrightarrow{E}$ à travers de la surface $S$ est nul.

Je ne vois pas comment le calculer. En effet nous savons que $div(E)=0$. J'arrive donc à un flux nul. Cependant je ne pense pas que ce calcul soit juste, ni optimal.
Avez-vous une piste à me donner ?

Je suis actuellement en 2ème année de prépa intégrée.
Je vous remercie par avance pour votre aide,
Alexia.

Réponses

  • Ton calcul de la circulation de $\overrightarrow{E}$ par le rotationnel est exact, même si la réponse de side simplifie le calcul. Pour conclure sur le fait que le flux du rotationnel à travers $S$ est nul, utiliser le fait que le rotationnel est un champ de vecteurs à flux conservatif.

    En ce qui concerne le flux de $\overrightarrow{E}$ à travers $S$, appliquer le théorème d'Ostrogradski sur la surface fermée constituée de $S$ et de $C$.
  • Merci pour vos réponses !

    Vous évoquez le fait que le rotationnel est un champ de vecteurs à flux conservatif, mais je ne vois pas bien comment l'exploiter. En effet, le rotationnel exprime la tendance qu'on les lignes de champs à tourner autour d'un point. Ici, j'ai du mal à me représenter son emploi. Nous savons que $\overrightarrow{Rot}(\overrightarrow{E})$ est différent de $0$, mais comment dois-je l'interpréter vis à vis de $S$.

    De plus $div(E)=0$, si j'applique Ostragradski je vais avoir $\iiint_S div(E) dV =0$.
    Je pense que je ne raisonne pas correctement.
    Pouvez-vous me l'expliquer ?

    Merci pour vos réponses,

    Alexia.
  • Merci pour vos réponses !

    J'ai bien compris la raison pour laquelle le flux du champ est nul à travers la surface $S$.

    Une dernière question : connaissez-vous un livre ou un cours informatique qui explique bien les théorèmes de Stokes et Ostrogradski ? Des cours qui mettent en lien la partie mathématique et l'interprétation physique ?

    Alexia
  • Un raisonnement comparable s'appliquera au rotationnel, puisque sa divergence est également nulle. Or tu as déjà calculé le flux du rotationnel à travers $C$. Tu peux donc en déduire le flux du rotationnel à travers $S$.
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