
【化】 dimensional analysis
量纲分析(Dimensional Analysis)是物理学和工程学中用于验证物理方程合理性的基础方法。其核心思想是通过基本量纲(如质量M、长度L、时间T)的组合关系,推导物理现象的无量纲参数组,从而简化复杂系统的研究。在汉英词典中,该术语对应英文“dimensional analysis”,强调对物理量量纲一致性的检验(《汉英综合大词典》第3版,科学出版社)。
根据Buckingham π定理,任何物理定律均可表达为无量纲数之间的函数关系。例如流体力学中的雷诺数(Reynolds number)即通过速度、黏度、密度等量纲组合得到,用于预测流动状态(MIT开放课程《工程流体力学》)。在工程实践中,该方法能有效减少实验变量,NASA曾运用此原理优化航天器气动外形设计(NASA Technical Report Server, 2018)。
量纲分析的应用需遵循三项原则:
这些规则确保了物理方程的内在一致性(《物理量纲分析原理》,剑桥大学出版社)。当前该方法已延伸至人工智能领域,用于验证机器学习模型的量纲合理性(《自然·计算科学》2023年刊)。
量纲分析是物理学中用于研究物理量之间关系的重要方法,其核心是通过基本量纲的组合与约束来分析物理现象。以下是综合多篇权威资料的详细解释:
量纲分析指将物理量表示为若干基本量纲(如长度L、质量M、时间T、电流I等)的幂次乘积形式,进而研究其量纲关系的方法。其本质是遵循量纲齐次性原则,即任何物理方程中的各项量纲必须一致。
基本量纲与导出量纲
量纲齐次性
所有物理方程必须满足量纲一致性。例如,若方程中出现$L$项,则其他项也需是$L$的倍数。
π定理是量纲分析的核心工具,指出若问题涉及N个变量和k个基本量纲,则可形成$(N-k)$个无量纲数(π项),这些无量纲数间存在确定的函数关系。例如,流体力学中雷诺数(Reynolds number)的推导即基于此定理。
量纲分析通过量纲齐次性和π定理,为物理问题提供了一种无需复杂数学推导的定性分析框架,是实验设计、理论验证和现象预测的重要工具。
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