Сила
зависит от расстояния
а также от среднего положения на сетке
Когда используются точечные частицы
как в. § 4.7) и взвешивание нулевого порядка (схема
тогда сила будет ожидаемой кулоновской ступенчатой функцией только для
(среднее положение — это середина между узлами сетки) и будет иметь две ступени для других значений х, как показано на рис. 4.9, а. Частицы теперь «чувствуют» присутствие сетки.
Если используются облака ширины
при взвешивании первого порядка (PIC, CIC), то сила (но не ее производная) непрерывна по х, как показано на рис. 4.9,6, и зависимость изменения силы от х выражена существенно меньше, чем при взвешивании нулевого порядка.
Полезно разделить силу взаимодействия на две части: усредненную, которая не зависит от положения на сетке,
и остаток, который представляет собой нефизическую сеточную силу
Если влиянием:
можно пренебречь, то система может быть проанализирована методами, обсужденными выше. Например, в дисперсионном уравнении для плазменных колебаний необходимо умножить
на величину
рассмотренную в § 2.5, которая показывает, что одним из эффектов присутствия сетки является сглаживание взаимодействия.
Детальная формулировка проблемы сеточной силы показывает, что основным следствием наличия
служит то, что возмущения волнового вектора к связаны с возмущениями волновых векторов, отличающихся от к на целый множитель
(проблема экранирования частот, см. гл. 8). Эта связь не важна, когда
при этом приближенное описание в терминах
достаточно точно.
Мы видим, что частицы конечных размеров на пространственной сетке потеряли свое короткодействующее взаимодействие и проходят гладко друг через друга с относительно малым шумом. Эти эффекты прекрасно воспроизводятся в случае двух и трех измерений, существенно уменьшают поперечные сечения и полностью устраняют рассеяние на большие углы, т. е.
столкновительные и коротковолновые флуктуации. Кроме того, для размеров облаков продольные волны и дебаевское экранирование практически соответствуют лабораторной плазме. Все это более детально рассмотрено ниже.
Задачи
(см. скан)