
【化】 laboratory(coordinate)system
在物理学和工程学领域,实验室坐标系(Laboratory Frame)指观测者或测量仪器所处的、通常被视为静止的参照系。该坐标系是实验测量和现象描述的基准框架,与物体自身运动的质心坐标系(Center-of-Mass Frame)相对。以下是其核心含义与特征:
实验室坐标系以实验设备或观察者所在位置为原点,默认该参照系为静止状态。例如,在地面实验室中测量粒子运动时,坐标系固定于实验室地面 。
在粒子碰撞等场景中,实验室坐标系描述的是粒子相对于固定探测器的运动,而质心坐标系则围绕系统动量中心建立,两者可通过洛伦兹变换关联 。
转换关系可表示为:
$$ p'{mu} = Lambda{mu}^{ u} p_{ u} $$
其中 (Lambda) 为变换矩阵,(p) 为四维动量。
大型强子对撞机(LHC)中,探测器数据均在实验室坐标系下记录,后续需转换至质心系分析粒子相互作用 。
风洞实验中,气流速度的测量以实验室坐标系为基准,用于计算飞行器模型的空气动力学参数 。
高速运动粒子的寿命测量在实验室坐标系中显示时间膨胀效应,验证狭义相对论。
定义实验室坐标系为“固定在实验装置上的参考系”(来源:术语在线 www.termonline.cn)。
强调其在散射实验中作为“观测者静止框架”的核心地位(来源:IOPscience 期刊库)。
中文术语 | 英文术语 | 关联概念 |
---|---|---|
实验室坐标系 | Laboratory Frame | 静止参照系 (Rest Frame) |
质心坐标系 | Center-of-Mass Frame | 动量中心 (Momentum Center) |
坐标系变换 | Frame Transformation | 洛伦兹变换 (Lorentz Transformation) |
注:因搜索结果未提供直接引用链接,本文定义综合《物理学名词》、经典物理教材及权威期刊通用表述。建议通过学术数据库(如IOPscience、APS Journals)检索“laboratory frame”获取最新研究案例。
实验室坐标系是物理学和实验中常用的参考系,用于直接描述实验结果。以下为详细解释:
实验室坐标系是相对于实验室或实验装置静止的坐标系,所有实验数据的观测和记录均基于此框架。例如,在粒子碰撞实验中,该坐标系以实验装置为静止参考点,记录粒子碰撞前后的位置与速度变化。
直接反映实验结果:由于实验装置本身处于静止状态,观测数据无需额外转换即可直接分析。
总动量守恒的应用:在碰撞实验中,若粒子仅受相互作用力,系统总动量守恒,其总动能可简化为质心速度沿入射方向的分量。例如,两粒子碰撞时,质心速度$v_c$始终平行于入射速度$v_1$,即沿实验室坐标系的x轴方向。
公式表达为: $$ v_c = frac{m_1 v_1 + m_2 v_2}{m_1 + m_2} $$
实验室坐标系常与质心坐标系对比:前者以实验装置为静止参考,后者则以系统质心为原点。理论推导常需将结果转换至实验室坐标系,以便与实验数据对比验证。
实验室坐标系是实验科学的基石,其直观性和稳定性使其成为数据采集与分析的首选框架。如需进一步了解坐标系分类(如空间直角坐标、极坐标等),可参考、6、9中的通用定义。
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