
【化】 theory of dimensions
dimension
【化】 dimension
【医】 dimension
frame of reference; theoretics; theorization; theory
【化】 Rice-Ramsperger-Kassel theoryRRK; theory
【医】 rationale; theory
量纲理论(Dimensional Theory)是物理学和工程学中用于分析物理量基本属性的系统性方法。其核心在于通过基本物理量(如质量、长度、时间)的组合与幂次关系,推导物理现象中量纲的齐次性原则和相似性规律。这一理论由法国数学家约瑟夫·傅里叶于1822年首次提出,并成为现代工程建模与实验设计的基础工具。
在汉英对照语境下,"量纲"对应的英文术语为"dimension",而"量纲分析"译为"dimensional analysis"。根据《牛津工程学词典》(Oxford Dictionary of Engineering),量纲分析的核心公式可表示为: $$ Pi = Q cdot M^a L^b T^c $$ 其中$Pi$为无量纲数,$Q$为导出量,$M$、$L$、$T$分别代表质量、长度、时间量纲的指数。
该理论的重要应用包括:
美国国家标准与技术研究院(NIST)在《国际单位制手册》中强调,量纲理论是确保测量结果可比性的数学基础。英国物理学会的《物理学报》多篇研究指出,该理论在流体力学和量子场论中具有不可替代的建模价值。
量纲理论是物理学中研究物理量基本属性及其关系的基础理论,其核心在于通过量纲分析揭示物理量之间的内在联系。以下是综合多个权威来源的详细解释:
量纲的定义
量纲(dimension)指物理量的固有属性,用于描述其可度量的本质特征。例如,长度、时间和质量是基本量纲,而速度(长度/时间)属于导出量纲。
基本量与导出量
量的等式与数的等式
传统物理公式多为“数的等式”,而梁灿彬等学者在《量纲理论与应用》中重新定义了量的乘积和幂运算,使“量的等式”具有严格数学意义。
量纲分析的作用
经典应用
局限性
无法区分无量纲常数(如圆周率π)或比例系数,且对复杂非线性系统适用性有限。
量纲理论通过抽象物理量的本质属性,为科学研究提供了统一的分析框架。其方法论在理论推导、实验设计和工程优化中具有不可替代的作用,但需结合具体问题注意其适用范围。
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