เคิร์ล

ใน แคลคูลัสเวกเตอร์ เคิร์ล () เป็นตัวดำเนินการเวกเตอร์ ที่อธิบาย การหมุนของสนามเวกเตอร์ ในสามมิติ เคิร์ลของแต่ละจุดในสนามแทนด้วยเวกเตอร์ ซึ่งมีคุณลักษณะ (ความยาวและทิศทาง) ที่แสดงถึงลักษณะการหมุนที่จุดนั้น 

ทิศทางของเคิร์ลคือแกนของการหมุนตามที่กำหนดโดยกฎมือขวา และขนาดของเคิร์ลคือขนาดของการหมุน เช่น ถ้าสนามเวกเตอร์แทน ความเร็วการไหลของของไหลที่กำลังเคลื่อนที่แล้วเคิร์ลจะเป็นความหนาแน่นของการไหลเวียน ของของไหล สนามเวกเตอร์ที่เคิร์ลเป็นศูนย์ เรียกว่าไร้การหมุน (irrotational)  เคิร์ลเป็นรูปแบบของ อนุพันธ์สำหรับสนามเวกเตอร์ โดยรูปทั่วไปของทฤษฎีบทพื้นฐานของแคลคูลัสที่ใช้กับเคิร์ล คือ ทฤษฎีบทของสโตกส์ ซึ่งเชื่อมโยงปริพันธ์ตามผิวของเคิร์ลของสนามเวกเตอร์กับ ปริพันธ์ตามเส้นของสนามเวกเตอร์รอบเส้นโค้งขอบเขตของพื้นผิวนั้น 

สัญกรณ์ของเคิร์ล เขียนเป็น  หรือ  ซึ่งใช้ตัวดำเนินการเดลและผลคูณไขว้ บางครั้งอาจเรียกเคิร์ลว่า โรเตชัน (rotation) หรือ โรเตชันนอล (rotational) เขียนเป็นสัญกรณ์ว่า  

เคิร์ลแตกต่างจากตัวดำเนินการเกรเดียนต์และไดเวอร์เจนซ์ เนื่องจากการประยุกต์สู่มิติอื่น ๆ ยากกว่า โดยมีความเป็นไปได้บางวิธี แต่จะมีเพียงในสามมิติเท่านั้นที่เคิร์ลของสนามเวกเตอร์จะเป็นสนามเวกเตอร์เหมือนเดิม ปรากฏการณ์นี้คล้ายกับ ผลคูณไขว้ ซึ่งนิยามในสามมิติและขยายไปใช้ในมิติอื่นได้ยากเช่นเดียวกัน ความสัมพันธ์นี้สะท้อนในสัญกรณ์ ∇× สำหรับเคิร์ล 

ชื่อ "เคิร์ล" เสนอเป็นครั้งแรกโดย เจมส์ เคลิร์ก แมกซ์เวลล์ ใน ค.ศ. 1871  แต่แนวคิดนี้มีการใช้งานตั้งแต่ ค.ศ. 1839 ในทฤษฎีสนามเชิงแสงของเจมส์ แมกคัลลัค

นิยาม 
เคิร์ลของสนามเวกเตอร์  (แทนด้วย  หรือ  หรือ ) ที่จุดหนึ่ง ๆ นิยามจากภาพฉายของมันลงบนเส้นต่าง ๆ ที่ผ่านจุดนั้น ถ้า  เป็นเวกเตอร์หนึ่งหน่วยใด ๆ ภาพฉายของเคิร์ลของ  ไปบน  นิยามโดยลิมิตของปริพันธ์ตามเส้นปิดในระนาบที่ตั้งฉากกับ n̂ หารด้วยพื้นที่ที่ถูกล้อมรอบ เมื่อเส้นทางการหาปริพันธ์ลดขนาดลงสู่จุด 

ตัวดำเนินการเคิร์ลนำฟังก์ชันที่หาอนุพันธ์ได้อย่างต่อเนื่อง  ไปสู่ฟังก์ชันต่อเนื่อง  และโดยทั่วไปแล้วจะแปลงฟังก์ชัน <span typeof="mw:Transclusion" data-mw="{&quot;parts&quot;:[{"template":{"target":{"wt":"math","href":"./Template:Math"},"params":{"1":{"wt":"''C<sup>k</sup>''"}},"i":0}}]}" about="#mwt974625047" class="texhtml" data-ve-no-generated-contents="true">ใน  เป็นฟังก์ชัน  ใน  

โดยปริยาย นิยามของเคิร์ล เขียนเป็นสมการได้เป็น  

 

โดยที่  คือ อินทิกรัลตามเส้น ตามขอบเขตของพื้นที่รอบจุดและ  คือขนาดของพื้นที่ ถ้า  เป็นเวกเตอร์หนึ่งหน่วยที่ตั้งฉากกับระนาบ  และ  เป็นเวกเตอร์ปกติที่ในระนาบที่ชี้ออกไปด้านนอกพื้นที่ (ดูภาพขวา) แล้ว ทิศทางของ  จะเลือกให้เวกเตอร์สัมผัส  ของ C ทำให้  เป็นชุดเวกเตอร์ที่เป็นไปตามกฎมือขวา

การใช้งาน 
ในทางปฏิบัติ นิยามข้างต้นไม่ค่อยได้ใช้เพราะในเกือบทุกกรณี ตัวดำเนินการเคิร์ลสามารถนำมาใช้ในกรอบของระบบพิกัดเชิงเส้นโค้งบางระบบ ที่มีการคำนวณหาสูตรที่ง่ายกว่าเอาไว้แล้ว 

สัญกรณ์  มีต้นกำเนิดในความคล้ายคลึงกับผลคูณไขว้สามมิติ และมีประโยชน์ในการช่วยจำสูตรหาเคิร์ลในระบบพิกัดคาร์ทีเซียน โดย  แทนตัวดำเนินการเดล สัญกรณ์เช่นนี้ถือเป็นปกติใน ฟิสิกส์ และ พีชคณิต 

เมื่อกระจายสูตร  ในระบบพิกัดคาร์ทีเซียนสามมิติ (ดู เดลในพิกัดทรงกระบอกและทรงกลม สำหรับสูตรในระบบพิกัดทรงกลม และทรงกระบอก พิกัด) สำหรับ  ที่มีองก์ประกอบเวกเตอร์เป็น  จะได้เป็น 

 

โดยที่ i, j, และ k เป็น เวกเตอร์หน่วย สำหรับ แกน x y และ z ตามลำดับ สิ่งนี้จะขยายออกดังนี้:  

 

แม้ว่าจะแสดงในรูปแบบของพิกัด ผลลัพธ์นี้จะไม่เปลี่ยนแปลงภายใต้การหมุนที่เหมาะสมของแกนพิกัด แต่จะพลิกด้านภายใต้การสะท้อน

อ้างอิง 
เรขาคณิตวิเคราะห์
แคลคูลัสเวกเตอร์