理论教育 量纲和谐原理:实现单位统一和计算精确

量纲和谐原理:实现单位统一和计算精确

时间:2023-06-18 理论教育 版权反馈
【摘要】:根据物理学中量纲的分析,不同量纲的物理量不能相加减,方程式中各项的量纲都要一致,称为量纲和谐。根据量纲和谐的特性,量纲分析可用来检验复杂方程式是否有错误,以及经验公式中系数的量纲是否正确。一个正确反映客观规律的物理方程,其各项的量纲都必须是一致的,这称为物理方程量纲的一致性或量纲和谐原理。

量纲和谐原理:实现单位统一和计算精确

根据物理学中量纲的分析,不同量纲的物理量不能相加减,方程式中各项的量纲都要一致,称为量纲和谐。换句话说,任何完善而正确的物理方程式,其中各项的量纲必须相同,式中各项的数值可随选用的度量单位而变动,但其变化率与单位大小变换之比率相当。根据量纲和谐的特性,量纲分析可用来检验复杂方程式是否有错误,以及经验公式中系数的量纲是否正确。一个正确反映客观规律的物理方程,其各项的量纲都必须是一致的,这称为物理方程量纲的一致性或量纲和谐原理。

然而,不同类物理量尽管不可相加减,但它们可以根据某种需要进行乘除,从而可以导出新的物理量。例如,将5N的重物举高10m,则做功为5N×10m=50N·m,如果举高过程所需的时间只有5s,则功率是50N·m÷5s=10N·m/s=10W。

一个物理方程,只要它是根据基本原理(如牛顿运动定律)进行数学推演而得到的,它的各项的量纲必然是一致的。例如,在物理学中垂直上抛物体的公式,即

s=v0t-1/2gt2(www.daowen.com)

式中,s代表距离,量纲为[L],等式右边第一项的量纲为[v0t]=[LT-1][T]=[L],第二项1/2[gt2]=[LT-2][T2]=[L],所以该方程各项的量纲是一致的。

由理论推导而得的“物理方程各项量纲必然一致”的结论非常重要,它是量纲分析法的理论基础,也是检验一个物理方程是否正确的依据。

当然,也有一些方程是量纲不一致的。这就是没有理论原则指导,纯粹根据观测所得的公式,即所谓的经验公式,这些公式中的各个变量采用的单位是有一定限制的,并应有所说明。如果用的不是所说明的那些单位,那么计算的结果是不正确的。随着科学的发展,这些公式将逐步被淘汰。

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