The Chemistry Maths Book, Second Edition

(Grace) #1

310 Chapter 10Functions in 3 dimensions


EXAMPLE 10.13A circular helix lies on the curved surface of a (right) circular


cylinder, as shown in Figure 10.9.


The cartesian coordinates, in parametric form, are


x 1 = 1 a 1 cos 1 t, y 1 = 1 a 1 sin 1 t, z 1 = 1 bt, where aand bare


constants, and tis a parameter. In cylindrical polar


coordinates, ρ 1 = 1 ais the constant radius of the


cylinder, φ 1 = 1 tdescribes the rotation around the axis


of the cylinder, andz 1 = 1 btgives the displacement


parallel to the axis. The quantity 2 πbis the pitch of


the helix, the displacement parallel to the axis made


in one revolution about the axis.


Figure 10.9 shows a right-handed helix, with


clockwise circulation around the axis.


0 Exercises 38, 39


Confocal elliptic coordinates


These coordinates (also called prolate spheroidal coordinates) are useful for two-


centre potential problems.


The coordinates ξand ηare best visualized, as in Figure 10.10, in terms of the


distances r


A

and r


B

from the foci A and B of an ellipse (the ellipse is defined by


r


A

1 + 1 r


B

1 = 1 constant):


The figure might be a representation of a diatomic molecule with nuclei at A and B,


and an electron at P.


ξη=






,=


rr −


a


rr


a


AB AB

22


∇=













+







2

22 2

22

1


11


a()


() ()


ξη


ξ


ξ


ξη


η


ηη


ξη


ξηφ







+



−−














()


()()


22

22

2

2

11


dav=−ddd


32 2

()ξη ξηφ


ha ha ha


ξηφ

ξη


ξ


ξη


η


= ξη




,=




,= −−


22

2

22

2

22

11


()( 11 ))


ξη=→ ,11102∞=−→+, φ= →π


xa=−− ,=−− ,=ξηφ ξηφξηya za


22 22

11 cos 11 sin


.

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x


y


z


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Figure 10.9

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