例4.2 单摆运动单摆运动这是大家熟知的物理现象,将质量为m的一个小球系在长度为l 的线的一端,稍偏离平衡位置后小球在重力mg的作用下(g为重力加速度)做往复摆动,忽略阻力,求摆动周期t的表达式.
求解 考虑问题中出现的物理量t、m、l、g,假设它们之间有关式
(1)
其中是待定常数,λ是无量纲的比例常数.上式的量纲表达式为
将[ t ]=T,[m]=M,[ l ]=L,[g ]=LT-2代入得
(2)
按照量纲齐次性,有
求解为,代入式(1)得.
单摆运动的进一步抽象,
设变量关系为
f (t,m,l,g) =0,(3)
假设各变量间的关系如下:
(4)
其中,y1~y4 是待定常数,π是无量纲量.
各变量的量纲用基本量纲表示如下:
[ t ]=L0M0T1,[ m ]=L0M1T0,
[ l ]=L1M0T0,[ g ]=L1M0T-2,
(4)式的量纲表达式为
得
根据量纲齐次性,有线性方程组成立
,
解得方程组的一个解为
代入(4)式有
或者 。 (5)
将上面的推导过程一般化,就是著名的Buckingham Pi定理.
求解 考虑问题中出现的物理量t、m、l、g,假设它们之间有关式
(1)
其中是待定常数,λ是无量纲的比例常数.上式的量纲表达式为
将[ t ]=T,[m]=M,[ l ]=L,[g ]=LT-2代入得
(2)
按照量纲齐次性,有
求解为,代入式(1)得.
单摆运动的进一步抽象,
设变量关系为
f (t,m,l,g) =0,(3)
假设各变量间的关系如下:
(4)
其中,y1~y4 是待定常数,π是无量纲量.
各变量的量纲用基本量纲表示如下:
[ t ]=L0M0T1,[ m ]=L0M1T0,
[ l ]=L1M0T0,[ g ]=L1M0T-2,
(4)式的量纲表达式为
得
根据量纲齐次性,有线性方程组成立
,
解得方程组的一个解为
代入(4)式有
或者 。 (5)
将上面的推导过程一般化,就是著名的Buckingham Pi定理.