公式索引

300 条公式
  1. 式 261

    物理学 · 分析力学与非线性动力学 · 定义式

    四类生成函数的导数规则

    教材位置:P02 · Poisson 括号与正则变换

    类型旧变量关系新变量关系F1(q,Q,t)pi=∂F1/∂qiPi=−∂F1/∂QiF2(q,P,t)pi=∂F2/∂qiQi=∂F2/∂PiF3(p,Q,t)qi=−∂F3/∂piPi=−∂F3/∂QiF4(p,P,t)qi=−∂F4/∂piQi=∂F4/∂Pi\begin{array}{c|cc} \text{类型}&\text{旧变量关系}&\text{新变量关系}\\ \hline F_1(q,Q,t)&p_i=\partial F_1/\partial q_i&P_i=-\partial F_1/\partial Q_i\\ F_2(q,P,t)&p_i=\partial F_2/\partial q_i&Q_i=\partial F_2/\partial P_i\\ F_3(p,Q,t)&q_i=-\partial F_3/\partial p_i&P_i=-\partial F_3/\partial Q_i\\ F_4(p,P,t)&q_i=-\partial F_4/\partial p_i&Q_i=\partial F_4/\partial P_i \end{array}
    成立条件
    • 若只令 Q=2qQ=2q 却保持 P=pP=p,则 {Q,P}=2\{Q,P\}=2,不是正则变换,直接套用正则方程会把时间尺度算错。
    • 四种情形都满足 K=H+∂Fa/∂tK=H+\partial F_a/\partial t。
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    变量与应用

    变量

    F1F_{1}
    用下标 1 区分 F 的分量、样本或离散状态,单位:由上下文确定
    qq
    在“四类生成函数的导数规则”中作为等号左侧的目标量参与关系计算,单位:由上下文确定
    QQ
    在“四类生成函数的导数规则”中作为等号左侧的目标量参与关系计算,单位:由上下文确定
    tt
    在“四类生成函数的导数规则”中作为等号左侧的目标量参与关系计算,单位:秒(s)
    pip_{i}
    用下标 i 区分 p 的分量、样本或离散状态,单位:千克米每秒(kg·m·s⁻¹)
    qiq_{i}
    用下标 i 区分 q 的分量、样本或离散状态,单位:由上下文确定
    PiP_{i}
    用下标 i 区分 P 的分量、样本或离散状态,单位:由上下文确定
    QiQ_{i}
    用下标 i 区分 Q 的分量、样本或离散状态,单位:由上下文确定
    F2F_{2}
    用下标 2 区分 F 的分量、样本或离散状态,单位:由上下文确定
    PP
    在“四类生成函数的导数规则”中作为等号右侧的输入量或系数参与关系计算,单位:由上下文确定
    F3F_{3}
    用下标 3 区分 F 的分量、样本或离散状态,单位:由上下文确定
    pp
    在“四类生成函数的导数规则”中作为等号左侧的目标量参与关系计算,单位:千克米每秒(kg·m·s⁻¹)
    F4F_{4}
    用下标 4 区分 F 的分量、样本或离散状态,单位:由上下文确定

    相关概念

    适用与边界

    • 应用:把生成函数构造正则变换整理为可检查的关系、判据或算法步骤;涉及定量模型时写出公式,并说明符号、适用条件,以及需要时的单位或复杂度。
    • 边界:角度增加 2π2\pi 后代表同一点,却可能使作用量函数改变一个常数;这不破坏局部导数关系,但说明不能把 SS 当作全局单值普通函数。
    • 推导:P02 · Poisson 括号与正则变换
  2. 式 262

    物理学 · 相对论基础 · 定义式

    四速度

    教材位置:P08 · 四矢量、相对论动力学与电磁场

    Uμ=dxμdτ=γ(c,v).U^\mu=\frac{\mathrm dx^\mu}{\mathrm d\tau} =\gamma(c,\boldsymbol v).
    成立条件
    • “四速度”采用该锚点正文给出的定义域、对象类型与记号约定。
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    变量与应用

    变量

    UU
    在“四速度”中作为等号左侧的目标量参与关系计算,单位:由上下文确定
    μ\mu
    在“四速度”中作为等号左侧的目标量参与关系计算,单位:由上下文确定
    xx
    在“四速度”中作为等号右侧的输入量或系数参与关系计算,单位:米(m)
    τ\tau
    在“四速度”中作为等号右侧的输入量或系数参与关系计算,单位:秒(s)
    γ\gamma
    在“四速度”中作为等号右侧的输入量或系数参与关系计算,单位:无量纲
    cc
    在“四速度”中作为等号右侧的输入量或系数参与关系计算,单位:米每秒(m·s⁻¹)
    vv
    在“四速度”中作为等号右侧的输入量或系数参与关系计算,单位:米每秒(m·s⁻¹)

    相关概念

    适用与边界

    • 应用:把相对论碰撞中的不变量质量整理为可检查的关系、判据或算法步骤;涉及定量模型时写出公式,并说明符号、适用条件,以及需要时的单位或复杂度。
    • 边界:光的固有时为零,不能用同一公式定义光子四速度。
    • 推导:P08 · 四矢量、相对论动力学与电磁场
  3. 式 263

    物理学 · 经典力学 · 典范公式

    万有引力、势能与圆轨道的推导

    教材位置:P01 · 引力、轨道与经典力学综合复习

    U(r)=−GMmr=−μmr.U(r)=-\frac{GMm}{r}=-\frac{\mu m}{r}.
    成立条件
    • 若 MM 为球对称天体,外部场等效于质量集中在中心。
    • 它不代表发动机必须瞬间加速,也不计大气阻力和天体自转;它是给定中心引力模型中的能量阈值。
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    变量与应用

    变量

    UU
    在“万有引力、势能与圆轨道的推导”中作为等号左侧的目标量参与关系计算,单位:焦耳(J)
    rr
    在“万有引力、势能与圆轨道的推导”中作为等号左侧的目标量参与关系计算,单位:米(m)
    GG
    在“万有引力、势能与圆轨道的推导”中作为等号右侧的输入量或系数参与关系计算,单位:由上下文确定
    MM
    在“万有引力、势能与圆轨道的推导”中作为等号右侧的输入量或系数参与关系计算,单位:千克(kg)
    mm
    在“万有引力、势能与圆轨道的推导”中作为等号右侧的输入量或系数参与关系计算,单位:千克(kg)
    μ\mu
    在“万有引力、势能与圆轨道的推导”中作为等号右侧的输入量或系数参与关系计算,单位:由上下文确定

    相关概念

    适用与边界

    • 应用:把Kepler 轨道、有效势与逃逸条件整理为可检查的关系、判据或算法步骤;涉及定量模型时写出公式,并说明符号、适用条件,以及需要时的单位或复杂度。
    • 边界:从半径 rr 处以恰好到达无穷远且末速趋于零为边界条件,得到逃逸速度 vesc=2μ/r=2 vcv_{\rm esc}=\sqrt{2\mu/r}=\sqrt2\,v_c。
    • 推导:P01 · 引力、轨道与经典力学综合复习
  4. 式 264

    物理学 · 粒子物理与场论导论 · 典范公式

    微扰阶数、树图和回路

    教材位置:P12 · 相互作用、散射与 Feynman 图

    L=I−V+1L=I-V+1
    成立条件
    • 若每个 ϕ4\phi^4 顶点贡献一次 λ\lambda,一个顶点的二到二振幅为 O(λ)O(\lambda),其领先截面为 O(λ2)O(\lambda^2)。
    • 若回路具有虚部,干涉还携带相位信息。
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    变量与应用

    变量

    LL
    在“微扰阶数、树图和回路”中作为等号左侧的目标量参与关系计算,单位:由上下文确定
    II
    在“微扰阶数、树图和回路”中作为等号右侧的输入量或系数参与关系计算,单位:由上下文确定
    VV
    在“微扰阶数、树图和回路”中作为等号右侧的输入量或系数参与关系计算,单位:由上下文确定

    相关概念

    适用与边界

    • 应用:把散射振幅、截面与相空间因子整理为可检查的关系、判据或算法步骤;涉及定量模型时写出公式,并说明符号、适用条件,以及需要时的单位或复杂度。
    • 边界:该式只含树级接触图;接近强耦合、阈值束缚或回路修正显著时不能视为精确预测。
    • 推导:P12 · 相互作用、散射与 Feynman 图
  5. 式 265

    物理学 · 统计物理 · 典范公式

    微正则:从态数到温度

    教材位置:P06 · 输运、涨落与统计物理综合复习

    S(E,V,N)=kBln⁡Ω(E,V,N),S(E,V,N)=k_B\ln\Omega(E,V,N),
    成立条件
    • 在短程相互作用、稳定单相和热力学极限中,它们对体密度平均量常给出相同结果;小系统、长程相互作用、相共存或临界有限尺寸处,涨落和大偏差可能保留明显系综差异。
    • 其中 Ω\Omega 是无量纲态数;连续经典相空间需要用适当相空间单元和能壳宽度使对数自变量无量纲。
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    变量与应用

    变量

    SS
    在“微正则:从态数到温度”中作为等号左侧的目标量参与关系计算,单位:由上下文确定
    EE
    在“微正则:从态数到温度”中作为等号左侧的目标量参与关系计算,单位:焦耳(J)
    VV
    在“微正则:从态数到温度”中作为等号左侧的目标量参与关系计算,单位:立方米(m³)
    NN
    在“微正则:从态数到温度”中作为等号左侧的目标量参与关系计算,单位:无量纲
    kBk_{B}
    连接温度与能量尺度,单位:焦耳每开尔文(J·K⁻¹)
    Ω\Omega
    在“微正则:从态数到温度”中作为等号右侧的输入量或系数参与关系计算,单位:由上下文确定

    相关概念

    适用与边界

    • 应用:把Langevin 方程和扩散系数整理为可检查的关系、判据或算法步骤;涉及定量模型时写出公式,并说明符号、适用条件,以及需要时的单位或复杂度。
    • 边界:在短程相互作用、稳定单相和热力学极限中,它们对体密度平均量常给出相同结果;小系统、长程相互作用、相共存或临界有限尺寸处,涨落和大偏差可能保留明显系综差异。
    • 推导:P06 · 输运、涨落与统计物理综合复习
  6. 式 266

    物理学 · 经典力学 · 定义式

    位置、位移与路程

    教材位置:P01 · 质点运动学与参考系

    Δr=r(t2)−r(t1),\Delta\boldsymbol r=\boldsymbol r(t_2)-\boldsymbol r(t_1),
    成立条件
    • 矢量是几何对象,分量是它在所选基底下的坐标。
    • 若跑者沿 400 m400\,\mathrm m 环形跑道恰好一周,路程为 400 m400\,\mathrm m,位移却为零。
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    变量与应用

    变量

    Δ\Delta
    在“位置、位移与路程”中作为等号左侧的目标量参与关系计算,单位:由上下文确定
    rr
    在“位置、位移与路程”中作为等号左侧的目标量参与关系计算,单位:米(m)
    t2t_{2}
    用下标 2 区分 t 的分量、样本或离散状态,单位:秒(s)
    t1t_{1}
    用下标 1 区分 t 的分量、样本或离散状态,单位:秒(s)

    相关概念

    适用与边界

    • 应用:把曲线运动的切向—法向分解整理为可检查的关系、判据或算法步骤;涉及定量模型时写出公式,并说明符号、适用条件,以及需要时的单位或复杂度。
    • 边界:除非另行说明,本章使用地面惯性参考系;二维坐标取水平向右为 +x+x、竖直向上为 +y+y,时钟读数以秒为单位。
    • 推导:P01 · 质点运动学与参考系
  7. 式 267

    物理学 · 计算物理 · 典范公式

    稳定性、收敛与适用前提

    教材位置:P11 · 离散化、误差预算与模型验证

    ∂u∂t=α∂2u∂x2,[α]=m2 s−1.\frac{\partial u}{\partial t} =\alpha\frac{\partial^2u}{\partial x^2}, \qquad [\alpha]=\mathrm{m^2\,s^{-1}}.
    成立条件
    • 若继续减小 hh 后误差不再按四倍下降,可能已离开截断误差主导区,不能仍宣称观测到二阶。
    • 在一维周期或相容边界下要求 0≤r≤1/20\le r\le1/2 才满足 Fourier 稳定条件。
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    变量与应用

    变量

    uu
    在“稳定性、收敛与适用前提”中作为等号左侧的目标量参与关系计算,单位:由上下文确定
    tt
    在“稳定性、收敛与适用前提”中作为等号左侧的目标量参与关系计算,单位:由上下文确定
    α\alpha
    在“稳定性、收敛与适用前提”中作为等号右侧的输入量或系数参与关系计算,单位:由上下文确定
    xx
    在“稳定性、收敛与适用前提”中作为等号右侧的输入量或系数参与关系计算,单位:由上下文确定

    相关概念

    适用与边界

    • 应用:把稳定性、一致性和 Lax 等价框架整理为可检查的关系、判据或算法步骤;涉及定量模型时写出公式,并说明符号、适用条件,以及需要时的单位或复杂度。
    • 边界:稳定性研究离散推进对初值误差、边界误差和每步舍入扰动的放大。
    • 推导:P11 · 离散化、误差预算与模型验证
  8. 式 268

    物理学 · 测量与建模 · 定义式

    物理量、数值与单位

    教材位置:P00 · 物理量、量纲与单位制

    1.25 m=125 cm.1.25\,\mathrm{m}=125\,\mathrm{cm}.
    成立条件
    • 若 1 m=100 cm1\,\mathrm{m}=100\,\mathrm{cm},则 1=100 cm/m1=100\,\mathrm{cm}/\mathrm{m} 表示单位换算关系,其中比值 100 cm/1 m100\,\mathrm{cm}/1\,\mathrm{m} 是无量纲的 11。
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    变量与应用

    变量

    相关概念

    适用与边界

    • 应用:把SI 单位换算和量纲齐次性整理为可检查的关系、判据或算法步骤;涉及定量模型时写出公式,并说明符号、适用条件,以及需要时的单位或复杂度。
    • 边界:掌握这三层后,单位换算不再依赖口诀,公式检查也不再只靠记忆。
    • 推导:P00 · 物理量、量纲与单位制
  9. 式 269

    物理学 · 计算物理 · 典范公式

    系综、温度与恒温方案

    教材位置:P11 · 分子动力学与统计量计算

    K=12∑imi∣vi∣2K=\frac12\sum_i m_i|\boldsymbol v_i|^2
    成立条件
    • Langevin 动力学含摩擦和随机力,随机幅度必须与摩擦满足涨落耗散关系,并记录噪声种子;合适离散可保持正则不变分布。
    • Nosé–Hoover 类扩展变量是确定性的,参数不当或体系过小可能遍历不足。
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    变量与应用

    变量

    KK
    在“系综、温度与恒温方案”中作为等号左侧的目标量参与关系计算,单位:由上下文确定
    ii
    在“系综、温度与恒温方案”中作为等号右侧的输入量或系数参与关系计算,单位:由上下文确定
    mim_{i}
    用下标 i 区分 m 的分量、样本或离散状态,单位:由上下文确定
    viv_{i}
    用下标 i 区分 v 的分量、样本或离散状态,单位:由上下文确定

    相关概念

    适用与边界

    • 应用:把势能截断、邻居表与能量漂移整理为可检查的关系、判据或算法步骤;涉及定量模型时写出公式,并说明符号、适用条件,以及需要时的单位或复杂度。
    • 边界:压力耦合时间过短会激发盒振荡,改变动力学相关函数;各向同性、半各向同性和全柔盒对应不同边界约束。
    • 推导:P11 · 分子动力学与统计量计算
  10. 式 270

    物理学 · 波动 · 定义式

    线性耦合振子与简正模

    教材位置:P03 · 耦合振子与简正模

    Ka=ω2Ma,K\boldsymbol a=\omega^2M\boldsymbol a,
    成立条件
    • 设广义位移 x(t)∈Rn\boldsymbol x(t)\in\mathbb R^n 的每个分量以米(m\mathrm m)计,MM 是对称正定质量矩阵,KK 是对称刚度矩阵。
    • 设 x(t)=acos⁡(ωt)\boldsymbol x(t)=\boldsymbol a\cos(\omega t)。
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    变量与应用

    变量

    KK
    在“线性耦合振子与简正模”中作为等号左侧的目标量参与关系计算,单位:由上下文确定
    aa
    在“线性耦合振子与简正模”中作为等号左侧的目标量参与关系计算,单位:由上下文确定
    ω\omega
    在“线性耦合振子与简正模”中作为等号右侧的输入量或系数参与关系计算,单位:赫兹(Hz)
    MM
    在“线性耦合振子与简正模”中作为等号右侧的输入量或系数参与关系计算,单位:由上下文确定

    相关概念

    适用与边界

    • 应用:把广义特征值问题和简正坐标整理为可检查的关系、判据或算法步骤;涉及定量模型时写出公式,并说明符号、适用条件,以及需要时的单位或复杂度。
    • 边界:正文未把极限情形单列为独立公式;适用边界以本小节声明的定义域、假设和边界条件为限。
    • 推导:P03 · 耦合振子与简正模
  11. 式 271

    物理学 · 分析力学与非线性动力学 · 定义式

    相轨道与相流

    教材位置:P02 · 相空间、Poincaré 截面与混沌

    Γ(z0)={Φt(z0):t∈I}.\Gamma(z_0)=\{\Phi^t(z_0):t\in I\}.
    成立条件
    • 若方程满足常微分方程局部存在唯一性的条件,从初始点 z0z_0 出发的解定义相流 Φt(z0)\Phi^t(z_0)。
    • 自治系统的相流满足 Φt+s=Φt∘Φs\Phi^{t+s}=\Phi^t\circ\Phi^s。
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    变量与应用

    变量

    Γ\Gamma
    在“相轨道与相流”中作为等号左侧的目标量参与关系计算,单位:由上下文确定
    z0z_{0}
    用下标 0 区分 z 的分量、样本或离散状态,单位:米(m)
    Φ\Phi
    在“相轨道与相流”中作为等号右侧的输入量或系数参与关系计算,单位:由上下文确定
    tt
    在“相轨道与相流”中作为等号右侧的输入量或系数参与关系计算,单位:秒(s)
    II
    在“相轨道与相流”中作为等号右侧的输入量或系数参与关系计算,单位:由上下文确定

    相关概念

    适用与边界

    • 应用:把Poincaré 截面和周期轨道整理为可检查的关系、判据或算法步骤;涉及定量模型时写出公式,并说明符号、适用条件,以及需要时的单位或复杂度。
    • 边界:轨道是一条状态历史,流则说明所有允许初始状态怎样共同演化;两者不能混用。
    • 推导:P02 · 相空间、Poincaré 截面与混沌
  12. 式 272

    物理学 · 统计物理 · 典范公式

    响应与平均场临界指数

    教材位置:P06 · 相变、序参量与临界现象

    Csing∼∣t∣−α,m(t<0,h=0)∼(−t)β,C_{\mathrm{sing}}\sim|t|^{-\alpha},\quad m(t<0,h=0)\sim(-t)^\beta,
    成立条件
    • “响应与平均场临界指数”采用该锚点正文给出的定义域、对象类型与记号约定。
    阅读正文 ↗
    变量与应用

    变量

    CC
    在“响应与平均场临界指数”中作为等号左侧的目标量参与关系计算,单位:由上下文确定
    tt
    在“响应与平均场临界指数”中作为等号左侧的目标量参与关系计算,单位:由上下文确定
    α\alpha
    在“响应与平均场临界指数”中作为等号左侧的目标量参与关系计算,单位:由上下文确定
    mm
    在“响应与平均场临界指数”中作为等号左侧的目标量参与关系计算,单位:由上下文确定
    hh
    在“响应与平均场临界指数”中作为等号左侧的目标量参与关系计算,单位:由上下文确定
    β\beta
    将能量转换为无量纲指数,单位:每焦耳(J⁻¹)

    相关概念

    适用与边界

    • 应用:把临界指数、标度律和关联长度整理为可检查的关系、判据或算法步骤;涉及定量模型时写出公式,并说明符号、适用条件,以及需要时的单位或复杂度。
    • 边界:有限尺寸、修正标度和参数协方差会让各关系出现偏差;超标度还可能在高于上临界维数时失效。
    • 推导:P06 · 相变、序参量与临界现象
  13. 式 273

    物理学 · 流体与连续介质 · 典范公式

    压力驱动的 Poiseuille 流

    教材位置:P09 · Navier–Stokes 方程与黏性流

    u(r)=Δp4μL(R2−r2),Q=πR48μLΔp.u(r)=\frac{\Delta p}{4\mu L}(R^2-r^2), \qquad Q=\frac{\pi R^4}{8\mu L}\Delta p.
    成立条件
    • 以直径为长度,Re=ρuˉ(2R)/μ≈31\mathrm{Re}=\rho\bar u(2R)/\mu\approx31,与层流假设相容。
    • 若计算所得 Re 已进入强惯性区,就应回头否定 Poiseuille 前提,而不是只保留流量数字。
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    变量与应用

    变量

    uu
    在“压力驱动的 Poiseuille 流”中作为等号左侧的目标量参与关系计算,单位:米每秒(m·s⁻¹)
    rr
    在“压力驱动的 Poiseuille 流”中作为等号左侧的目标量参与关系计算,单位:由上下文确定
    Δ\Delta
    在“压力驱动的 Poiseuille 流”中作为等号右侧的输入量或系数参与关系计算,单位:由上下文确定
    pp
    在“压力驱动的 Poiseuille 流”中作为等号右侧的输入量或系数参与关系计算,单位:帕斯卡(Pa)
    μ\mu
    在“压力驱动的 Poiseuille 流”中作为等号右侧的输入量或系数参与关系计算,单位:帕斯卡秒(Pa·s)
    LL
    在“压力驱动的 Poiseuille 流”中作为等号右侧的输入量或系数参与关系计算,单位:由上下文确定
    RR
    在“压力驱动的 Poiseuille 流”中作为等号右侧的输入量或系数参与关系计算,单位:由上下文确定
    QQ
    在“压力驱动的 Poiseuille 流”中作为等号右侧的输入量或系数参与关系计算,单位:由上下文确定
    π\pi
    在“压力驱动的 Poiseuille 流”中作为等号右侧的输入量或系数参与关系计算,单位:无量纲

    相关概念

    适用与边界

    • 应用:把平面 Poiseuille 流与剪切应力整理为可检查的关系、判据或算法步骤;涉及定量模型时写出公式,并说明符号、适用条件,以及需要时的单位或复杂度。
    • 边界:结果依赖入口已充分发展、平板足够宽且黏度恒定;短通道入口段不能直接采用抛物线分布。
    • 推导:P09 · Navier–Stokes 方程与黏性流
  14. 式 274

    物理学 · 相对论基础 · 定义式

    沿 x 方向的标准 Lorentz boost

    教材位置:P08 · Lorentz 变换与时空间隔

    ct′=γ(ct−βx),x′=γ(x−βct),y′=y,z′=z.\begin{aligned} ct'&=\gamma(ct-\beta x),\\ x'&=\gamma(x-\beta ct),\\ y'&=y,\\ z'&=z. \end{aligned}
    成立条件
    • 使用另一常见号型 (−,+,+,+)(-,+,+,+) 会使所有间隔符号反转;只要全程一致,物理结论相同,但不能在同一推导中混用。
    • 假设时空均匀、空间各向同性,惯性系之间的坐标变换应为线性。
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    变量与应用

    变量

    cc
    在“沿 x 方向的标准 Lorentz boost”中作为等号左侧的目标量参与关系计算,单位:米每秒(m·s⁻¹)
    tt
    在“沿 x 方向的标准 Lorentz boost”中作为等号左侧的目标量参与关系计算,单位:秒(s)
    γ\gamma
    在“沿 x 方向的标准 Lorentz boost”中作为等号右侧的输入量或系数参与关系计算,单位:无量纲
    β\beta
    在“沿 x 方向的标准 Lorentz boost”中作为等号右侧的输入量或系数参与关系计算,单位:无量纲
    xx
    在“沿 x 方向的标准 Lorentz boost”中作为等号右侧的输入量或系数参与关系计算,单位:米(m)
    yy
    在“沿 x 方向的标准 Lorentz boost”中作为等号右侧的输入量或系数参与关系计算,单位:由上下文确定
    zz
    在“沿 x 方向的标准 Lorentz boost”中作为等号右侧的输入量或系数参与关系计算,单位:由上下文确定

    相关概念

    适用与边界

    • 应用:把固有时、时空间隔与因果锥整理为可检查的关系、判据或算法步骤;涉及定量模型时写出公式,并说明符号、适用条件,以及需要时的单位或复杂度。
    • 边界:使用另一常见号型 (−,+,+,+)(-,+,+,+) 会使所有间隔符号反转;只要全程一致,物理结论相同,但不能在同一推导中混用。
    • 推导:P08 · Lorentz 变换与时空间隔
  15. 式 275

    物理学 · 流体与连续介质 · 约束

    沿流线积分得到 Bernoulli 关系

    教材位置:P09 · Euler 方程、Bernoulli 定理与涡量

    u⋅∇ ⁣(u22)=−1ρu⋅∇p−u⋅∇Φ.\boldsymbol u\cdot\nabla\!\left(\frac{u^2}{2}\right) =-\frac1\rho\boldsymbol u\cdot\nabla p -\boldsymbol u\cdot\nabla\Phi.
    成立条件
    • 面积 0.20 m20.20\,\mathrm{m^2} 的小平板若各点深度近似相同,水的表压合力大小为 5.89 kN5.89\,\mathrm{kN},方向垂直板面并压向板。
    • 设流动稳态,体力保守且 b=−∇Φ\boldsymbol b=-\nabla\Phi,其中 Φ\Phi 是单位质量势能,单位 J kg−1=m2 s−2\mathrm{J\,kg^{-1}}=\mathrm{m^2\,s^{-2}}。
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    变量与应用

    变量

    uu
    在“沿流线积分得到 Bernoulli 关系”中作为等号左侧的目标量参与关系计算,单位:米每秒(m·s⁻¹)
    ρ\rho
    在“沿流线积分得到 Bernoulli 关系”中作为等号右侧的输入量或系数参与关系计算,单位:千克每立方米(kg·m⁻³)
    pp
    在“沿流线积分得到 Bernoulli 关系”中作为等号右侧的输入量或系数参与关系计算,单位:帕斯卡(Pa)
    Φ\Phi
    在“沿流线积分得到 Bernoulli 关系”中作为等号右侧的输入量或系数参与关系计算,单位:由上下文确定

    相关概念

    适用与边界

    • 应用:把Bernoulli 积分的适用条件整理为可检查的关系、判据或算法步骤;涉及定量模型时写出公式,并说明符号、适用条件,以及需要时的单位或复杂度。
    • 边界:大面积板深度变化明显时,应积分 ∫pn dA\int p\boldsymbol n\,\mathrm dA,不能用中心压力乘面积而不检查压力分布。
    • 推导:P09 · Euler 方程、Bernoulli 定理与涡量
  16. 式 276

    物理学 · 波动 · 定律

    一维波动方程

    教材位置:P03 · 一维波动方程与边界条件

    ∂2u∂t2=c2∂2u∂x2\frac{\partial^2 u}{\partial t^2}=c^2\frac{\partial^2 u}{\partial x^2}
    成立条件
    • 介质均匀、线性,且波速 c 为常数。
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    变量与应用

    变量

    u(x,t)u(x,t)
    弦或介质的横向位移,单位:米(m)
    cc
    介质中的波速,单位:米每秒(m·s⁻¹)
    tt
    在“一维波动方程”中作为等号左侧的目标量参与关系计算,单位:秒(s)
    xx
    在“一维波动方程”中作为等号右侧的输入量或系数参与关系计算,单位:米(m)

    相关概念

    适用与边界

  17. 式 277

    物理学 · 流体与连续介质 · 定义式

    移动控制体的 Reynolds 输运定理

    教材位置:P09 · 质量、动量与能量守恒方程

    ddt∫Vm(t)ρb dV=ddt∫Vc(t)ρb dV+∮∂Vc(t)ρb(v−w)⋅n dA.\frac{\mathrm d}{\mathrm dt} \int_{V_m(t)}\rho b\,\mathrm dV = \frac{\mathrm d}{\mathrm dt} \int_{V_c(t)}\rho b\,\mathrm dV +\oint_{\partial V_c(t)} \rho b(\boldsymbol v-\boldsymbol w) \cdot\boldsymbol n\,\mathrm dA.
    成立条件
    • 设 b(x,t)b(\boldsymbol x,t) 是单位质量携带的某个量,ρb\rho b 是单位体积量。
    • 若控制体本身变形,w\boldsymbol w 只需给出边界法向速度;切向重参数化不改变穿越通量。
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    变量与应用

    变量

    tt
    在“移动控制体的 Reynolds 输运定理”中作为等号左侧的目标量参与关系计算,单位:由上下文确定
    VmV_{m}
    用下标 m 区分 V 的分量、样本或离散状态,单位:由上下文确定
    ρ\rho
    在“移动控制体的 Reynolds 输运定理”中作为等号左侧的目标量参与关系计算,单位:千克每立方米(kg·m⁻³)
    bb
    在“移动控制体的 Reynolds 输运定理”中作为等号左侧的目标量参与关系计算,单位:由上下文确定
    VV
    在“移动控制体的 Reynolds 输运定理”中作为等号左侧的目标量参与关系计算,单位:由上下文确定
    VcV_{c}
    用下标 c 区分 V 的分量、样本或离散状态,单位:由上下文确定
    vv
    在“移动控制体的 Reynolds 输运定理”中作为等号右侧的输入量或系数参与关系计算,单位:米每秒(m·s⁻¹)
    ww
    在“移动控制体的 Reynolds 输运定理”中作为等号右侧的输入量或系数参与关系计算,单位:由上下文确定
    nn
    在“移动控制体的 Reynolds 输运定理”中作为等号左侧的目标量参与关系计算,单位:由上下文确定
    AA
    在“移动控制体的 Reynolds 输运定理”中作为等号右侧的输入量或系数参与关系计算,单位:由上下文确定

    相关概念

    适用与边界

    • 应用:把Cauchy 动量方程与体力整理为可检查的关系、判据或算法步骤;涉及定量模型时写出公式,并说明符号、适用条件,以及需要时的单位或复杂度。
    • 边界:物质体 Vm(t)V_m(t) 始终包含同一批粒子,其边界速度等于物质速度 v\boldsymbol v,没有质量穿越。
    • 推导:P09 · 质量、动量与能量守恒方程
  18. 式 278

    物理学 · 热力学 · 典范公式

    由理想气体 Carnot 路径推导效率

    教材位置:P05 · 热力学第二定律与 Carnot 循环

    QH=W12=nRTHln⁡V2V1.Q_H=W_{12} =nRT_H\ln\frac{V_2}{V_1}.
    成立条件
    • 若四步完全反向,得到逆 Carnot 制冷机,图上逆时针,净功由环境输入。
    • 绝热不必然等于等熵;只有可逆绝热过程才同时满足熵不变,真实绝热膨胀仍可能有摩擦或湍流。
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    变量与应用

    变量

    QHQ_{H}
    用下标 H 区分 Q 的分量、样本或离散状态,单位:由上下文确定
    W12W_{12}
    用下标 12 区分 W 的分量、样本或离散状态,单位:由上下文确定
    nRTHnRT_{H}
    用下标 H 区分 nRT 的分量、样本或离散状态,单位:由上下文确定
    V2V_{2}
    用下标 2 区分 V 的分量、样本或离散状态,单位:由上下文确定
    V1V_{1}
    用下标 1 区分 V 的分量、样本或离散状态,单位:由上下文确定

    相关概念

    适用与边界

    • 应用:把Carnot 循环效率和绝对温标整理为可检查的关系、判据或算法步骤;涉及定量模型时写出公式,并说明符号、适用条件,以及需要时的单位或复杂度。
    • 边界:例如气体内部没有摩擦和有限梯度,只能称内部可逆;若它从温度不同的外部热库吸热,系统内部路径再平滑也不能使系统加热过程完全可逆。
    • 推导:P05 · 热力学第二定律与 Carnot 循环
  19. 式 279

    物理学 · 凝聚态基础 · 定义式

    原胞与常规晶胞

    教材位置:P10 · 晶体结构、倒易点阵与衍射

    Ωc=∣a1⋅(a2×a3)∣,\Omega_c= \left|\boldsymbol a_1\cdot (\boldsymbol a_2\times\boldsymbol a_3)\right|,
    成立条件
    • 常规晶胞为突出对称性可选得更大,可能含多个点阵点,不能把它的体积自动当作原胞体积。
    • 若整数矩阵 MM 满足 det⁡M=±1\det M=\pm1,用 ai′=∑jMjiaj\boldsymbol a_i'=\sum_jM_{ji}\boldsymbol a_j 得到的新基仍生成同一个点阵,原胞体积绝对值不变。
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    变量与应用

    变量

    Ωc\Omega_{c}
    用下标 c 区分 Omega 的分量、样本或离散状态,单位:由上下文确定
    a1a_{1}
    用下标 1 区分 a 的分量、样本或离散状态,单位:由上下文确定
    a2a_{2}
    用下标 2 区分 a 的分量、样本或离散状态,单位:由上下文确定
    a3a_{3}
    用下标 3 区分 a 的分量、样本或离散状态,单位:由上下文确定

    相关概念

    适用与边界

    • 应用:把倒易点阵和第一 Brillouin 区整理为可检查的关系、判据或算法步骤;涉及定量模型时写出公式,并说明符号、适用条件,以及需要时的单位或复杂度。
    • 边界:常规晶胞为突出对称性可选得更大,可能含多个点阵点,不能把它的体积自动当作原胞体积。
    • 推导:P10 · 晶体结构、倒易点阵与衍射
  20. 式 280

    物理学 · 电磁学 · 典范公式

    真空与介质中的场量

    教材位置:P04 · 介质、能流与电磁学综合复习

    D=ε0E+P,H=Bμ0−M.\mathbf D=\varepsilon_0\mathbf E+\mathbf P, \qquad \mathbf H=\frac{\mathbf B}{\mu_0}-\mathbf M.
    成立条件
    • 把相对介电常数直接代入真空 Coulomb 定律,只在特定均匀线性介质和相应自由源定义下有效。
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    变量与应用

    变量

    ε0\varepsilon_{0}
    用下标 0 区分 varepsilon 的分量、样本或离散状态,单位:由上下文确定
    EE
    在“真空与介质中的场量”中作为等号右侧的输入量或系数参与关系计算,单位:牛顿每库仑(N·C⁻¹)
    PP
    在“真空与介质中的场量”中作为等号右侧的输入量或系数参与关系计算,单位:由上下文确定
    HH
    在“真空与介质中的场量”中作为等号右侧的输入量或系数参与关系计算,单位:由上下文确定
    BB
    在“真空与介质中的场量”中作为等号右侧的输入量或系数参与关系计算,单位:特斯拉(T)
    μ0\mu_{0}
    用下标 0 区分 mu 的分量、样本或离散状态,单位:由上下文确定
    MM
    在“真空与介质中的场量”中作为等号右侧的输入量或系数参与关系计算,单位:由上下文确定

    相关概念

    适用与边界

    • 应用:把Poynting 定理和场能输运整理为可检查的关系、判据或算法步骤;涉及定量模型时写出公式,并说明符号、适用条件,以及需要时的单位或复杂度。
    • 边界:开曲面的边界环路按右手定则与法向配对。
    • 推导:P04 · 介质、能流与电磁学综合复习