理论教育 量纲和单位的重要性

量纲和单位的重要性

时间:2023-06-18 理论教育 版权反馈
【摘要】:量纲是物理量(测量)单位的类别。例如,长度可以用米、厘米、毫米等不同的单位量度,但是,这些单位均属同一类,即长度类。因此,量度长度单位都具有同一量纲,以[L]表示。单位是量度各物理量数值大小所采用的标准。而其他物理量的量纲可由基本量纲导出,称为导出量纲。这三个量纲是互相独立的。表5.1常见物理量的量纲和单位续表

量纲和单位的重要性

量纲(又称因次)是物理量(测量)单位的类别。例如,长度可以用米、厘米、毫米等不同的单位量度,但是,这些单位均属同一类,即长度类。因此,量度长度单位都具有同一量纲,以[L]表示。同理,如时间可以用时、分、秒等不同单位来测量,但这些单位均属于同一类,即时间类,有同一因次,以[T]表之。其他物理量,如质量、加速度、密度、压强、力、温度等它们都各有同一类的量纲。量纲和单位的概念是不同的。单位是量度各物理量数值大小所采用的标准。例如,同是1m长的管道,可用100cm等不同的单位来表示。所选用的单位不同,同一物理量的数值就不同。无论数值怎么变,它的量纲都不变,仍为[L],不涉及“量”的方面,它仅表示量的性质。

量纲分析中需要确定一些基本量纲。基本量纲必须具有独立性,即一个基本量纲不能从其他量纲推导出来,这些量纲称为基本量纲。而其他物理量的量纲可由基本量纲导出,称为导出量纲。在力学范围内,常取长度[L]、时间[T]及质量[M](工程单位制用力[F])作为基本量纲。这三个量纲是互相独立的。例如,不能从[M]、[T]中导出[L],也不能从[L]、[T]中导出[M]。但是,[L]、[T]和速度的量纲[v]就不是互相独立的,因为速度[v]的量纲可由[L]和[T]组合导出,即[v]=[L]/[T]。

在各种力学问题中,任何一个力学量的量纲都可以由基本量纲[L]、[T]及[M]导出,即都可用这三个基本量纲指数乘积表示出来。

[A]=[Lx][Ty][Mz] (5.19)

式中,[A]为某一力学量的量纲,x、y及z为基本量纲的指数。显然,力学量A的量纲可由指数x、y、z的数值来确定,例如:

速度的量纲:[v]=[LT-1]知x=1,y=-1,z=0

加速度的量纲:[a]=[LT-2]知x=1,y=-2,z=0

力的量纲:[F]=[MLT-2]知x=1,y=-2,z=1,等等。

由式(5.19)可知,当(www.daowen.com)

①x≠0,y=0,z=0时,为一几何学的量纲;

②x≠0,y≠0,z=0时,为一运动学的量纲;

③x≠0,y≠0,z≠0时,为一动力学的量纲。

表5.1列出了工程流体力学中常见的物理量的量纲和单位,供量纲分析时参考选用。

表5.1 常见物理量的量纲和单位

续表

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