1. Какие величины надо измерять в опыте;
2. Как обрабатывать результат;
3. Каким образом однозначно определить подобные изучаемому явления.
На эти три вопроса ответы дают теоремы подобия.
Понятие и определение подобия физических явлений
Впервые с понятием подобия мы встречаемся в геометрии, когда изучаем подобные геометрические фигуры. Известно, что геометрически подобные фигуры обладают тем свойством, что их соответственные углы равны, а сходственные стороны пропорциональны.
, (6.1)
где: , , – линейные размеры (длины сторон) одной фигуры; , , – сходственные линейные размеры другой фигуры.
Коэффициент пропорциональности – «» обычно называют константой подобия.
Очевидно, что условие (6.1) представляет собой математическую формулировку наличия геометрического подобия. Оно должно выполняться для любых сходственных отрезков подобных фигур, например высот, биссектрис, медиан и т.д.
Также как в случае геометрического подобия можно установить подобие любых физических явлений: кинематическом подобии течения двух потоков газа; тепловом подобии двух процессов теплообмена; динамическом подобии сил, вызывающих подобные между собой движения. При этом необходимо выявить те условия, которые обеспечивают достоверность наличия факта подобия.
Если речь идет о подобии физических явлений, то оно может иметь место лишь между явлениями одной и той же природы, такие явления качественно одинаковы и описываются одинаковыми уравнениями. Могут иметь место случаи, когда форма математического описания двух физических явлений одна и та же, но они различны по своей физической сущности, то есть разнородны. В этом случае можно вести речь лишь об аналогии между ними, но подобие между такими явлениями отсутствует. В качестве примеров можно привести электрогидродинамическую аналогию и аналогию между диффузией и теплопроводностью.
Подобные физические явления развиваются в геометрически подобных системах. Это означает, что физическому подобию должно обязательно сопутствовать геометрическое подобие объектов и окружающей среды. Нельзя искать подобие между процессами обтекания цилиндра, сферы, плоской пластины.
Анализируя подобные физические явления, необходимо сравнивать между собой (сопоставлять) лишь однородные величины в сходственных точках пространства и в сходственные моменты времени. Однородными называются величины, имеющие один и тот же физический смысл и одинаковую размерность.
В геометрически подобных пространствах к сходственным точкам относятся те, координаты которых связаны между собой соотношениями подобия
, , ,
где – константа подобия линейных размеров. Два момента времени и считаются сходственными, если они имеют общее начало отсчета и связаны между собой преобразованием подобия .
Подобие двух физических явлений будет иметь место только тогда, когда подобны все характеризующие их величины
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.