§ 92. Основные формулы, связанные с конформным отображением на полуплоскость.
При решении задач теории упругости для полубесконечных областей удобнее применять отображение не на круг, а на полуплоскость.
Так же, как при отображении на круг, удобно ввести на плоскости z упругого тела криволинейные координаты, связанные с отображением.
Рис. 46а.
Рис. 46б.
Будем по-прежнему обозначать нашу область через
а ее границу через
Пусть
— соотношение, отображающее
на нижнюю половину плоскости т. е. на полуплоскость
так, чтобы конечным точкам соответствовали конечные.
Прямым
принадлежащим этой полуплоскости, соответствуют, очевидно, некоторые разомкнутые линии в области
уходящие обоими концами в бесконечность; эти линии мы будем обозначать через
Точно так же полупрямым
которые принадлежат нижней половине плоскости соответствуют в
линии
начинающиеся на
и уходящие в бесконечность (рис. 46а, 466).
Так как каждой паре величин
при
соответствует в области
вполне определенная точка
плоскости z, мы можем рассматривать
как криволинейные координаты на плоскости
Линии
образуют ортогональную сеть координатных линий.
Пусть
некоторая точка области
Проведем из z касательные к линиям
проходящим через нее, соответственно в сторону возрастания ! и
Эти касательные, которые мы также будем обозначать через
будут осями криволинейных координат в точке z (рис. 46а); все это совершенно аналогично тому, что было сказано в § 49.
Пусть А — некоторый вектор с началом в точке
и пусть
его проекции на оси
проекции на оси
Имеем, как в § 49:
где а — угол, составляемый осью
с осью Ох и отсчитываемый от Ох в положительном направлении.
Для вычисления
придадим точке z смещение
в направлении касательной
тогда соответствующая точка
получит смещение
в направлении оси
на плоскости Имеем, очевидно:
откуда выводим:
Итак, имеем формулу
Будем обозначать через
компоненты смещения по отношению к осям
криволинейных координат, а через
компоненты напряжения по отношению к тем же осям. Имеем на основании формулы (2):
компоненты смещения по отношению к осям
Связь компонент напряжения
с компонентами
выражается формулами (§ 8):
причем, на основании формулы (3)
Выражения компонент смещения и напряжения через функции комплексного переменного
мы можем найти совершенно так, как в § 50, если условимся обозначать через
то, что в начале главы II (а также в начале этого отдела) было обозначено через
и положим, как в § 50:
Пользуясь теперь формулами, выражающими компоненты
через функции
, (§ 32), и формулами (5), (3), получим без всякого труда
Выражение для
легко получим, пользуясь формулой (4) и формулой
Наконец, складывая формулы (7) и (8), получим еще одну полезную формулу: