
在汉英词典视角下,"不稳定状态"(Unstable State)指系统或物体无法维持平衡,受微小扰动即发生显著偏离的状态。其核心特征包括敏感性、非收敛性及能量失衡。以下是具体解析:
不稳定状态(Unstable State)
物理/工程领域:系统受扰动后偏离平衡位置,且无法自行恢复原始状态的现象。例如倒立摆、过载电路等。
数学表达:系统微分方程的特征根实部为正($text{Re}(lambda) > 0$),导致解发散:
$$
frac{dmathbf{x}}{dt} = Amathbf{x}, quad text{若 } lambda_i > 0 Rightarrow mathbf{x}(t) to infty
$$
来源:《牛津物理学术词典》
对应英文术语:
来源:Merriam-Webster Technical Dictionary
控制系统
当反馈回路增益过高时,系统输出振荡发散(如飞机失控翻滚)。临界阻尼比 $zeta < 0$ 时系统失稳:
$$
ddot{y} + 2zetaomega_ndot{y} + omega_n y = 0
$$
来源:IEEE控制系统协会术语库
结构工程
受压构件(如细长柱)的屈曲(buckling)是典型失稳,临界载荷由欧拉公式定义:
$$
P_{cr} = frac{pi EI}{(KL)}
$$
来源:《工程力学百科全书》
领域 | 表现形式 | 关键参数 |
---|---|---|
电化学 | 电池热失控(thermal runaway) | 正反馈温度系数 >0 |
量子力学 | 激发态原子自发衰变 | 能级寿命 $tau < 10^{-9}$s |
生态系统 | 种群过度增长导致崩溃 | 繁殖率 $r > K/2$ |
来源:Springer Multidisciplinary Glossary
“不稳定状态”是一个跨学科概念,在不同领域有不同解释:
物理与工程学 指系统或物体处于非平衡态,轻微扰动即可引发显著变化。例如:倒立摆的垂直平衡点、建筑结构接近临界载荷时的形变状态。这类状态通常伴随能量势垒的消失或势能曲面的鞍点特征。
化学与热力学 在反应过程中,分子处于高能过渡态(活化络合物),此时化学键处于断裂与重组的关键阶段。这种亚稳态可能通过释放能量快速转化为稳定产物,如臭氧(O₃)在光照下的分解过程:$$ O_3 xrightarrow{h u} O_2 + O $$
系统控制理论 描述系统对输入信号产生发散响应的特性。例如负反馈失效时,温度控制系统可能出现持续振荡,数学上表现为微分方程特征根的实部为正:$$ text{Re}(s) > 0 $$
社会科学 指社会结构或个体心理处于易变阶段,如经济危机中的市场波动、群体情绪临界爆发前的紧张态势。这种状态常伴随多因素耦合作用,具有非线性演化特征。
需注意:实际应用中需结合具体语境分析,多数不稳定状态会通过相变、能量耗散或调控机制向稳定态迁移。在工程设计中,常通过引入阻尼、反馈控制等手段消除不稳定性。
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