15.15
一层薄薄的肥皂膜平滑地延展在一个浸入肥皂水的金属环上。该薄膜将膜一侧的空气与另一侧的空气分隔开来。这意味着该表面是可定向的。
在该薄膜上的任意一点,均可指定一个单位法向量。选择这些箭头指向的一侧即定义了正方向;选择相反的一侧则定义了负方向。
当单位法向量沿薄膜移动时,它会平滑旋转。除非有意反转方向,否则不会发生翻转。
某些表面无法保持这种一致的取向。一个经典的例子是莫比乌斯带。
它由一条长方形的带子构成。将带子绕半圈扭转后,再将两端连接在一起。当一个单位法向量沿带子移动时,它会逐渐翻转方向,而无需穿过任何边缘,这使得莫比乌斯带成为不可定向的曲面。
可定向曲面对于计算曲面积分至关重要。选择一个法线方向会确定积分的符号,而选择相反方向则会使其符号反转。在非可定向曲面上,法线方向相互冲突,导致积分贡献可能相互抵消。
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