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Este documento proporciona una introducción detallada a los conceptos de tensor en física y matemáticas. Explica las diferentes formas de definir un tensor, incluyendo la definición clásica en términos de transformaciones de coordenadas y la definición matemática en términos de aplicaciones multilíneas y el producto tensorial. Se profundiza en los tensores de orden 0 (escalares), orden 1 (vectores) y orden 2, detallando sus propiedades de transformación bajo cambios de coordenadas. El documento sienta las bases teóricas fundamentales para comprender la naturaleza y aplicaciones de los tensores en diversas áreas de la física y las matemáticas.
Tipo: Ejercicios
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En mecánica de medios continuos, el tensor tensión, también llamado tensor de tensiones o tensor de esfuerzos, es el tensor que da cuenta de la distribución de tensiones y esfuerzos internos en el medio continuo. En matemáticas y en física, un tensor es cierta clase de entidad algebraica de varios componentes que generaliza los conceptos de escalar, vector y matriz de una manera que sea independiente de cualquier sistema de coordenadas elegido. Se usa para ello el convenio de suma de Einstein. Una vez elegida una base vectorial, los componentes de un tensor en una base vendrán dadas por una multimatriz. El orden de un tensor será el número de índices necesario para especificar sin ambigüedad un componente de un tensor: un escalar será considerado como un tensor de orden 0; un vector, un tensor de orden 1; y dada una base vectorial, los tensores de segundo orden pueden ser representados por una matriz. Hay varias maneras de definir un tensor, que resultan en enfoques equivalentes: la manera clásica, forma usual en física de definir los tensores, en términos de objetos cuyos componentes se transforman bajo cambios de coordenadas según ciertas reglas, introduciendo la idea de transformaciones covariantes o contravariantes. la manera usual de la matemática, que implica definir ciertos espacios vectoriales definidos a partir de un espacio vectorial dado, sin fijar cualesquiera conjuntos de coordenadas hasta que las bases se introduzcan por necesidad. Existen dos definiciones de este tipo: o La de tensores como aplicaciones multilíneas, que nos obliga a usar el dual de un espacio vectorial. o La que usa una operación definida axiomáticamente llamada producto tensorial de espacios vectoriales.
Aplicando el convenio de la suma: 𝑣 𝑗 =^ 𝑎𝑗 1 𝑣 1 + 𝑎𝑗 2 𝑣 2 + 𝑎𝑗 3 𝑣 3 𝑣 𝑗 (^) = 𝑎𝑗𝑖 𝑣𝑖 Esta ecuación proporciona la definición matemática de un vector: v es un vector si sus componentes se transforman de acuerdo con la regla del mismo, un escalar s se define por la propiedad de que su valor no cambia por una transformación de coordenadas: 𝑠 = 𝑠 Donde: 𝑠 (^) estas coordenadas 𝑥 1 , 𝑥 2 𝑦 𝑥 3. 𝑠 (^) esta es coordenada 𝑥 (^1) , 𝑥 (^2) y 𝑥 (^3). Por lo que, al usar estas nuevas definiciones de escalares y vectores, en términos de propiedades de transformación de ejes de coordenadas, se pueden obtener una serie de resultados rigurosos. Consideramos un campo vectorial V = (Vi) definidas en algún subconjunto L de ❑ 𝑅 𝑛 (^) (que para cada i la componente ❑ 𝑣 𝑖 (^) = ❑ 𝑣 𝑖 (^) (x) es un campo escalar). En cada sistema de coordenadas admisible de una región U que contiene a L, sea las n componentes ❑ 𝑉^1 , ❑ 𝑉^2 ,…., ❑ 𝑉 𝑛^ de V se expresan como n funciones reales: ❑ 𝑇 (^1) , ❑ 𝑇 (^2) ,….,❑ 𝑇 𝑛 (^) en el sistema ❑ 𝑋 (^1) , ❑ 𝑋 (^2) ,…,❑ 𝑋 𝑛
En general, un vector requiere n componentes para ser descrito. En un espacio tridimensional, un vector se define mediante tres componentes. Las transformaciones de coordenadas de un vector de un espacio a otro se realizan mediante una transformación lineal. De esta manera un ventor es un tensor de orden uno (1) por que requiere de n números para definirlo.
Si tenemos un vector expresado por sus componentes Ai en un sistema y A”i en otro sistema, la transformación de coordenadas para que el valor se mantenga invariante se puede expresar:
Siguiendo la misma lógica, el siguiente elemento es el que requiere (^) 𝑛 𝑥 𝑛 = 𝑛^2 Componentes para ser descrito. Se denomina tensor de orden dos al objeto, normalmente representado por una matriz 𝑛𝑥𝑛 , que representado en un sistema de coordenadas como A”ik su transformación invariante en otro sistema con componentes Aik es: Donde ai”k es el coseno del Angulo entre el i-esimo eje de un sistema con el i- esimo eje del otro sistema.