Stelling van Stokes

Voor de natuurkundige wet, zie Wet van Stokes

De stelling van Stokes toegepast op een oppervlak $\Sigma$ met rand $\partial \Sigma$ en oriëntatie van het oppervlak (oftewel normaalvector) $\mathbf {n}$

De stelling van Stokes is een wiskundige stelling die zegt dat de kringintegraal van het scalair product van een vectorveld ${\vec {F}}$ met een infinitesimale verandering van de plaatsvector $\mathrm {d} {\vec {r}}$ gelijk is aan de oppervlakteintegraal van de normaalcomponenten van de rotatie van ${\vec {F}}$.

De stelling werd ontwikkeld door George Stokes, een 19e-eeuwse wiskundige aan de Universiteit van Cambridge. De stelling heeft belangrijke toepassingen in de vloeistofdynamica en in het elektromagnetisme (zie de wetten van Maxwell).

Stelling

Zij ${\vec {F}}$ een vectorveld en $S$ een oppervlak met rand $\partial S$, dan geldt:

$\oint _{\partial S}{\vec {F}}\cdot \mathrm {d} {\vec {r}}=\iint _{S}(\nabla \times {\vec {F}})\cdot {\vec {n}}\,\mathrm {d} S$

Daarin is:

• $\nabla \times {\vec {F}}$ de rotatie van ${\vec {F}}$
• ${\vec {n}}$ de eenheidsnormaalvector op het oppervlak $S$

Om het correcte teken te krijgen is het belangrijk dat de rand $\partial S$ een positieve oriëntatie heeft; dit houdt in dat de verandering van de plaatsvector $\mathrm {d} {\vec {r}}$ langs de rand tegen de wijzers van de klok in verloopt, als de normaalvector ${\vec {n}}$ op het oppervlak naar de kijker toe wijst. Dit komt overeen met de rechterhandregel.

Stelling van Green

De stelling van Green komt overeen met het speciale geval van de stelling van Stokes waarin ${\vec {F}}$ niet van $z$ afhangt en geen $z$-component heeft, en/of $S$ in het xy-vlak ligt.

Intuïtieve voorstelling

De afbeelding hiernaast geeft een simpele situatie weer waarmee de wet makkelijker te doorzien is. Dit tweedimensionale voorbeeld laat zien dat het optellen van de vier interne rotaties overeenkomt met het optellen van de vectoren die zich aan de rand bevinden. Immers, de paren interne vectoren heffen elkaar op. Wat overblijft zijn dus de vectoren langs de rand.