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¿Por qué funciona el análisis dimensional?

Supongamos que queremos calcular una velocidad. Identificamos todas las dimensiones relevantes de las que podría depender la solución y escribimos y resolvemos la ecuación $$l/t= a^x \, b^y \, c^z$$ donde $a$ , $b$ y $c$ son esas dimensiones relevantes, y $l$ representa la longitud y $t$ por el tiempo.

Tengo problemas para entender por qué esto funciona. Mi proceso de pensamiento ha sido el siguiente; Parece que estamos buscando alguna función de $\mathbb{R}^n \rightarrow \mathbb{R}$ donde $n$ es el número de unidades relevantes. Supongo que podemos suponer que esta función existe ya que para cualquier conjunto de valores que tomen los parámetros relevantes deberíamos ser capaces de predecir la velocidad. Si la función tiene la forma escrita arriba yo diría que tiene que ser dimensionalmente consistente ya que si no la solución dependería de la definición de una o más unidades lo cual obviamente no es el caso (¿alguien tiene una mejor explicación para esto?). No entiendo por qué podemos escribir esta función de la forma $a^x \, b^y \, c^z$ . ¿Cómo sabemos que la función no adopta una forma diferente?

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Frank Puntos 16

Sólo se puede escribir la función de esa forma si sólo hay un parámetro relevante de cada dimensión. Por ejemplo, digamos que tu problema tiene dos escalas de longitud, digamos los lados de un rectángulo, x,y . Entonces hay una relación adimensional x/y y entonces no podrías descartar, a priori, ningún prefactor funcional f(x/y) .

En resumen, el análisis dimensional funciona en los casos sencillos en los que no hay ninguna constante adimensional relevante para el problema.

Elaboración solicitada: En su declaración original, considere que hay un cuarto parámetro d que tiene las mismas dimensiones que a . Si $a^x b^y c^z$ es una expresión dimensionalmente correcta, entonces también lo es $d^x b^y c^z$ . y también su suma $a^x b^y c^z + d^x b^y c^z =a^x b^y c^z \left(1+\left(\frac{b}{a}\right)^x \right)$

Ya no hay una expresión única que sea dimensionalmente correcta. De hecho, hay bastante libertad. Lo siguiente también es dimensionalmente correcto:

$f(a/b)a^x b^y c^z $

para cualquier función adimensional $f$ .

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