
【电】 inverse-squard law
in reverse; on the contrary; turn over
【医】 contra-; re-; trans-
square
law
【化】 law
【医】 law
反平方定律(Inverse Square Law) 是指某种物理量的强度或作用力随距离增加而减弱的规律,其减弱程度与距离的平方成反比。该定律在物理学多个领域具有基础性地位,其核心数学表达式为:
$$ I propto frac{1}{r} $$
其中 ( I ) 代表物理量(如光照强度、引力、声强等),( r ) 代表与源点的距离。以下是详细解析:
反平方定律描述点源能量或作用力在均匀、各向同性介质中传播时的衰减规律。当能量从点源向三维空间均匀辐射时,其总量需扩散至表面积不断增大的球面上。球表面积公式为 ( 4pi r ),因此单位面积的能量(即强度)必然与 ( r ) 成反比。例如:
通用公式可表示为: [ I = frac{k}{r} ]
例如,真空中点光源的照度公式为: [ E = frac{I_0}{r} ] 其中 ( I_0 ) 为光源发光强度(坎德拉)。
无线电波、光波强度随传播距离平方衰减,影响通信信号接收与天文观测精度(NASA依据此定律校准深空探测器信号)。
点声源在自由场中的声压级衰减遵循反平方定律,是噪声控制与声学设计的理论基础(OSHA据此制定工作场所噪音安全标准)。
放射性物质的辐射剂量率与距离平方成反比,是辐射防护“距离防护”原则的核心(国际原子能机构IAEA安全指南引用此定律)。
反平方定律成立需满足以下条件:
实际场景如大气中光传播、室内声场等可能偏离理想模型。
中文术语 | 英文术语 |
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反平方定律 | Inverse Square Law |
点源 | Point Source |
辐射强度 | Radiation Intensity |
照度 | Illuminance |
声压级 | Sound Pressure Level |
权威参考文献:
反平方定律(又称平方反比定律、逆平方律)是物理学中描述某种物理量随距离增加而呈平方反比关系衰减的规律。以下是其核心要点:
当某种物理量的强度或分布随着与源点距离的平方成反比下降时,即可称为反平方定律。例如:
定律的通用数学形式为: $$ F propto frac{1}{r} $$ 其中$F$表示物理量(如力、照度等),$r$为与源点的距离。
尽管常关联牛顿的万有引力定律,但该定律的早期研究涉及胡克对行星运动的猜想,后由库仑通过扭秤实验在电磁学中验证。
该定律反映了三维空间中能量或作用力的扩散特性。由于能量在球面波前均匀分布,球面积与半径平方成正比,导致单位面积上的强度呈平方反比衰减。
如需进一步了解具体公式推导或历史争议(如胡克与牛顿的贡献争议),可参考相关物理学史资料。
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