VectorPlot(u(x,y), v(x,y))
VectorPlot(u(x,y,T), v(x,y,T))
通过在空间(通常是平面)上规则或不规则分布的采样点处绘制箭头来表示向量场. 多维空间(通常是2D或3D)中每一点上都有一个向量的情况。它直观地展现了某种“方向”和“强度”在空间中的分布。
箭头的方向:精确地表示该点处向量的方向。
箭头的长度(有时也用颜色或箭头粗细辅助表示):表示该点处向量的大小(模)。长度越长(或颜色越暖/越深),表示向量越大.
x, y -- 空间坐标
T -- 动画参数
向量场图
1. 流体力学与涡旋场:
经典涡旋:顺时针旋转流场,等强度同心圆环
VectorPlot(-y, x)
剪切流:水平流速随y轴正弦变化,产生层状剪切
VectorPlot(sin(y), 0)
2. 电磁场与势场:
磁偶极子: 双极磁场线,从N极到S极
VectorPlot(2*x*y, y^2 - x^2)
均匀电场: 垂直方向强度随x变化的电场
VectorPlot(0, cos(x))
电荷阵列: 周期性正负电荷分布的电场
VectorPlot(sin(x)cos(y), cos(x)sin(y))
3. 非线性动力学:
极限环: 单位圆环吸引子,内部向外流/外部向内流
VectorPlot(y + x*(1-x^2-y^2), -x + y*(1-x^2-y^2))
鞍点场: X方向发散/Y方向收敛的典型鞍点
VectorPlot(x, -y)
混沌系统: 扭曲的螺旋轨迹,具有多个不稳定焦点
VectorPlot(sin(y) - 0.3*x, cos(x) + 0.3*y)
4. 数学特殊场:
梯度场: 标量场 f(x,y)=sin(x)cos(y) 的梯度
VectorPlot(cos(x)cos(y), -sin(x)sin(y))
哈密顿系统: 守恒系统,沿椭圆/双曲线流动
VectorPlot(y^2 - x^2, 2*x*y)
分形场: 高频振荡产生的自相似结构
VectorPlot(sin(2y) - cos(3x), sin(3x) + cos(2y))
5. 自然现象模拟:
地转风场: 科里奥利力作用下的气旋流场
VectorPlot(-y/(x^2+y^2+1), x/(x^2+y^2+1))
心脏电传导: 从原点向外扩散的兴奋波
VectorPlot(x*exp(-x^2-y^2), y*exp(-x^2-y^2))
星系旋臂: 微分旋转的星系盘流场
VectorPlot(-y/(1+x^2), x/(1+y^2))
时变向量场图
1. 流体动力学模拟:
旋转流场: 中心旋涡强度周期性变化,产生脉动旋转
VectorPlot(-y, x + sin(T))
行波流场: X/Y方向独立传播的正弦波形成移动的网格图案
VectorPlot(sin(x-T), cos(y+T))
双涡旋对流: 两个反向涡旋周期性增强/减弱
VectorPlot(sin(x)*cos(y+T) - 0.5*y,cos(x+T)*sin(y) + 0.5*x)
2. 电磁场模拟:
行波磁场: 磁场线以波的形式向右上角传播
VectorPlot(-sin(y-T), cos(x+T))
3. 相空间动力学:
混沌吸引子: 参数T变化导致规则流→混沌流的转变
VectorPlot(sin(y) + T*cos(x),cos(x) - T*sin(y))
分岔流场: T增加时出现霍普夫分岔(焦点→极限环)
VectorPlot(T*x - y - x*(x²+y²),x + T*y - y*(x²+y²))
4. 特殊效果场:
螺旋波发射: 从原点发射的螺旋波阵面
VectorPlot(-y + T*cos(x), x + T*sin(y))