
【化】 laboratory(coordinate)system
在物理學和工程學領域,實驗室坐标系(Laboratory Frame)指觀測者或測量儀器所處的、通常被視為靜止的參照系。該坐标系是實驗測量和現象描述的基準框架,與物體自身運動的質心坐标系(Center-of-Mass Frame)相對。以下是其核心含義與特征:
實驗室坐标系以實驗設備或觀察者所在位置為原點,默認該參照系為靜止狀态。例如,在地面實驗室中測量粒子運動時,坐标系固定于實驗室地面 。
在粒子碰撞等場景中,實驗室坐标系描述的是粒子相對于固定探測器的運動,而質心坐标系則圍繞系統動量中心建立,兩者可通過洛倫茲變換關聯 。
轉換關系可表示為:
$$ p'{mu} = Lambda{mu}^{ u} p_{ u} $$
其中 (Lambda) 為變換矩陣,(p) 為四維動量。
大型強子對撞機(LHC)中,探測器數據均在實驗室坐标系下記錄,後續需轉換至質心系分析粒子相互作用 。
風洞實驗中,氣流速度的測量以實驗室坐标系為基準,用于計算飛行器模型的空氣動力學參數 。
高速運動粒子的壽命測量在實驗室坐标系中顯示時間膨脹效應,驗證狹義相對論。
定義實驗室坐标系為“固定在實驗裝置上的參考系”(來源:術語線上 www.termonline.cn)。
強調其在散射實驗中作為“觀測者靜止框架”的核心地位(來源:IOPscience 期刊庫)。
中文術語 | 英文術語 | 關聯概念 |
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實驗室坐标系 | Laboratory Frame | 靜止參照系 (Rest Frame) |
質心坐标系 | Center-of-Mass Frame | 動量中心 (Momentum Center) |
坐标系變換 | Frame Transformation | 洛倫茲變換 (Lorentz Transformation) |
注:因搜索結果未提供直接引用鍊接,本文定義綜合《物理學名詞》、經典物理教材及權威期刊通用表述。建議通過學術數據庫(如IOPscience、APS Journals)檢索“laboratory frame”獲取最新研究案例。
實驗室坐标系是物理學和實驗中常用的參考系,用于直接描述實驗結果。以下為詳細解釋:
實驗室坐标系是相對于實驗室或實驗裝置靜止的坐标系,所有實驗數據的觀測和記錄均基于此框架。例如,在粒子碰撞實驗中,該坐标系以實驗裝置為靜止參考點,記錄粒子碰撞前後的位置與速度變化。
直接反映實驗結果:由于實驗裝置本身處于靜止狀态,觀測數據無需額外轉換即可直接分析。
總動量守恒的應用:在碰撞實驗中,若粒子僅受相互作用力,系統總動量守恒,其總動能可簡化為質心速度沿入射方向的分量。例如,兩粒子碰撞時,質心速度$v_c$始終平行于入射速度$v_1$,即沿實驗室坐标系的x軸方向。
公式表達為: $$ v_c = frac{m_1 v_1 + m_2 v_2}{m_1 + m_2} $$
實驗室坐标系常與質心坐标系對比:前者以實驗裝置為靜止參考,後者則以系統質心為原點。理論推導常需将結果轉換至實驗室坐标系,以便與實驗數據對比驗證。
實驗室坐标系是實驗科學的基石,其直觀性和穩定性使其成為數據采集與分析的首選框架。如需進一步了解坐标系分類(如空間直角坐标、極坐标等),可參考、6、9中的通用定義。
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