ملخص
نتناول في هذا البحث معادلات الموجة في الاسطوانة حيث نعرض تعميم لطريقة فصل المتغيرات في المسائل غير الخطية للموجة باستخدام الإحداثيات الاسطوانية، تطرح هذه المسائل غالبا في علم ميكانيكا الموائع ونظرية الصوت. تعطى معادلة الجهد غير الخطية في ثلاثة أبعاد بالصيغة التالية: وهي تمثل معادلة الموجة لتدفق الغاز أحادى القطب (waves in an isentropic gas flow). في الفضاء ثنائي البعد المعادلة السابقة تمثل معادلة الموجة في المياه الضحلة (shallow water equation). طريقة فصل المتغيرات في المسائل غير الخطية تعطي الجهد في صيغة متسلسلة فوريير (Fourier series) حيث تعطى معاملات فوريير (Fourier coefficients) كتركيبة خطية للصيغ التربيعية لدوال بيسل (Besselfunctions) ودالة خاصة والتي تظهر في العديد من المسائل الفيزيائية، نعرض خواصها وبيانها في الفصل الأخير من هذا البحث. يتم تحديد الثوابت الواردة في معاملات فوريير من الشروط الحدية للمسألة.
Abstract
In this thesis, we study wave equation in a cylinder. The aim of this work is to generalize the separation of variables method for the nonlinear boundary problems in cylindrical coordinates, which is naturally, appears in many applications, such as wave propagation in hydrodynamics and theory of sound. The three dimensional nonlinear wave equation for a potential function is given in the form: which describes the rotational elastic waves in an isentropic gas flow. In two dimensional space, this equation describes long surface water waves in a circular basin. The potential function is expanded in a Fourier series with respect to the angular coordinates, the usual separation of variables gives the coefficients of the Fourier series as a linear combination of quadratic expressions of Bessel functions and a special function which arises in a series of problems of mathematical physics, its properties and graph are sketched in chapter 5. The constants arises in a Fourier coefficients are determined from the boundary conditions of the initial boundary problem.