
【化】 force constant
all one's best; force; power; puissance; strength
【化】 force
【醫】 dynamo-; ergo-; force; potency; potentia; Power; stheno-; strength; vis
constant; invariable
【計】 C
【化】 constant
【醫】 constant
【經】 constant
力常數(force constant)是物理學和化學中描述物體抵抗形變能力的重要參數,其核心定義為産生單位位移時系統所需的恢複力。該術語在漢英詞典中常對應"force constant"或"spring constant"的翻譯,常見于力學振動、分子光譜學等領域的專業文獻。
物理本質與數學表達
根據胡克定律,力常數(k)與彈簧的彈性特性直接相關,數學表達式為: $$ F = -k cdot x $$ 其中F為恢複力,x為位移量。負號表示力的方向與位移方向相反。該公式在簡諧振動系統和分子鍵振動分析中具有基礎性地位。
學科應用差異
經典力學:用于計算彈簧振子固有頻率,公式為: $$ omega = sqrt{frac{k}{m}} $$ 其中ω為角頻率,m為振子質量。
量子化學:在分子振動分析中,力常數通過勢能函數二階導數求得: $$ k = left. frac{partial V}{partial r} right|_{r=r_0} $$ 該值決定化學鍵的振動頻率,是紅外光譜解析的關鍵參數。
量綱與單位體系
國際單位制(SI)中力常數的單位為牛/米(N/m),量綱為[M][T]⁻²。在光譜學領域常使用達因/厘米(dyn/cm)作為單位,換算關系為: $$ 1 mathrm{N/m} = 10 mathrm{dyn/cm} $$ 不同單位體系的應用場景在《物理化學測量手冊》中有詳細對照表。
參考文獻
牛津物理學大辭典, 力學術語章節
中國科學技術大學《理論力學》教材
IUPAC化學術語标準定義
國家計量技術規範JJF 1059-2012
“力常數”是物理學和化學中常見的概念,具體含義根據應用場景有所不同,以下是詳細解釋:
力常數(Force Constant)是描述物體抵抗形變能力的物理量,通常與彈性或振動系統相關。它表示單位形變所需的力,單位為牛頓/米(N/m)。例如,彈簧的力常數越大,其剛度越高,越難被拉伸或壓縮。
在經典力學中,力常數與胡克定律直接相關。根據胡克定律,彈簧的恢複力 ( F ) 與形變量 ( x ) 成正比: $$ F = -k x $$ 其中 ( k ) 即為力常數,負號表示力的方向與形變方向相反。
在化學鍵分析中,力常數用于描述原子間鍵的“強度”。例如,将化學鍵簡化為諧振子模型時,力常數 ( K ) 與鍵的振動頻率相關: $$
u propto sqrt{frac{K}{mu}} $$ 其中 ( mu ) 是約化質量。力常數越大,化學鍵越強(如雙鍵比單鍵的 ( K ) 值更大)。
力常數是特定系統中力的響應參數,其值固定且與系統屬性(如材料、鍵類型)相關。它不同于廣泛適用的自然常數(如重力常數 ( G )),也不同于數學中的固定數值(如 ( pi ))。
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