量纲分析和量纲制( 二 )
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2.2量纲分析的步骤
量纲分析的步骤如下:
第1步 , 选择量纲制 , 列出问题所有的独立关键参量 , 设共有n个;
第2步 , 确定所有n个参量的量纲;
第3步 , 确定量纲表示矩阵的秩m 。 往往从n个变量中适当选取m个量纲独立的参考量纲量;
第4步 , 构造出l=n-m个不等价的无纲量πj 。 往往用m个参考量纲量 , 对余下的l个参量逐一构造无纲量;
第5步 , 再次验证所有无纲量的确无量纲 , 适当整理取某些无纲量的简化组合 , 使之是科学界通用的已命名无纲量 , 通常让每个待考察的原始变量只出现在一个无纲量中 , 或方便于考察极限情形;
第6步 , 写出问题最终的无纲量关系 。 在理想情形下 , 可表现为简单的幂次形式 , 通常也称之为标度律(scalinglaw) 。
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量纲分析的确有些技巧 , 量纲分析解决复杂问题往往给人一种神奇的美的享受 , 量纲分析的范例不少是科学大作 。 如何确定问题的关键物理量 , 涉及如何简化问题 , 物理因素有哪些 , 孰轻孰重 , 需要有高深的科学修养、丰富的物理知识以及对问题的深刻理解 , 特别是对于新出现的科学问题 。 加进关系不大的多余物理量 , 增加分析的复杂性 , 但丢失关键物理量导致失败 , 显然不能解决问题 。 基本量纲量和参考量纲量的选择有随意性 , 一种选择会比另一种方便 , 无纲量的具体形式也可随之不同 , 但不同的无纲量组彼此等价 , 最终的无纲量数即物理问题的自由度是不变的 。
03
应用例
定性思考和半定性实验 , 力求对问题的性质和解的概貌有所估计 , 这种能力靠物理直觉和洞察力 , 靠经验和功力 , 需要长期思考和培养 。 “学而不思则罔 , 思而不学则殆 。 ”
3.1证明勾股弦定理
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