问题 问答题

试说明π定理并加证明。

答案

参考答案:

解:设一个物理过程与n个物理量x1,x2,x3,.....xn等有关,其中有m个量纲独立的基本量,若诸xi的关系用F(x1,x2,x3,.....xn)=0描述,则可表达为n-m个无量纲π的函数式,即有(x1,x2,x3,.....,πn-m)=0,求解πi方程即可得到函数F的结构式,此即为π定理。又称为布金汉π定理。

证明如下:设有量纲量x是一系列彼此独立的量纲量x1,x2,x3,......xn的函数,即x=f(x1,x2,x3,......xn)现取其中m个量纲独立的量x1,x2,x3,......xm为基本量,其量纲分别为 :

其余各量的量纲分别为

若改用其他单位制,则x的量纲将变为,x值将变为x’;其他各量同样有下述量纲变化,

按物理方程性质,公式(13-10-1)式的函数结构不会变化,对新变量仍可写成 任取比尺

则有

由公式有

为减少函数中变量数目,令

则有

因此公式中前m项都成无量纲数1,公式可写成

若用π表示上述无量纲数,得

同理可得

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