גודל חסר ממד

גודל ללא יחידות פיזיקליות מוויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית

באנליזת סדרי גודל, גודל חסר ממד הוא גודל ללא יחידות פיזיקליות - מספר טהור. מספרים חסרי ממד נמצאים בשימוש רחב במתמטיקה, פיזיקה, הנדסה, כלכלה וכו' ואף בחיי היום יום - מספרים ידועים רבים כמו e, פאי, ויחס הזהב הם חסרי ממד בניגוד לגדלים ממדיים רגילים הנמדדים באורך, זמן, מסה וכדומה. מספרים חסרי ממד לרוב מוגדרים כמנה או יחס של מספרים ממדיים שממדיהם מבטלים אחד את השנים בעת החלוקה. זהו המקרה לדוגמה במעוות הנדסי, שמוגדר כשינוי באורך חלקי אורך כולל התחלתי, היות שלשני הגדלים יחידות של אורך התוצאה היא מספר חסר ממד.

לגדלים שאנחנו יודעים למדוד בעולם סביבנו תמיד יש ממדים ויחידות. לדוגמה, אנחנו יכולים למדוד בסרגל את אורכו של קיר. התשובה (לדוגמה 4 מטרים) תהיה ביחידות מסוימות, על פי היחידות אליו מחולק הסרגל שלנו (במקרה זה, מטר). אנו יכולים לשנות את היחידות של התשובה בעזרת קשרים שונים בין יחידות (נניח 1 מטר = 100 סנטימטר, או 1 מטר = 3.281 רגל) אבל איננו יכולים לשנות את הממד של התשובה (היא תמיד תהיה אורך).

על אף שלמספרים חסרי ממד אין ממד פיזי, עדיין יכולות להיות להם יחידות חסרות ממד, ולעיתים שימושי להשתמש באותן יחידות במונה ובמכנה (ק"ג/ק"ג או מול/מול). המספר יכול להינתן גם כיחס בין שתי יחידות שונות בעלות אותו ממד (לדוגמה שנת אור חלקי מטר - שניהם בעלי יחידות של אורך). זהו גם המקרה בחישוב שיפוע בגרפים או בעת המרת יחידות. סימונים שכאלה לא מעידים על קיום ממד פיזי וקיימים אך ורק לצורך נוחות. דוגמאות מוכרות לסימונים אלו הם % (= 0.01), ‰ (= 0.001), חלקים למיליון (= 106) חלקים למיליארד (= 109) חלקים לטריליון (= 1012) ויחידות זווית (מעלות, רדיאנים וגראדים לדוגמה).

היחס של שני מספרים בעלי ממדים זהים יוצר מספר חסר ממד, לדוגמה: אם גוף א' מפעיל כח בסדר גודל של F על גוף ב' וגוף ב' מפעיל כח בסדר גודל של f על גוף א' אזי היחס F/f תמיד יהיה שווה ל-1, ללא כל תלות ביחידות בהן נמדדו הגדלים F או f. זוהי אבן היסוד של מספרים חסרי ממד הנובעת מההנחה כי חוקי הפיזיקה אינם כבולים למערכת היחידות בה נעשה שימוש על מנת להגיע ליחס הנ"ל. במקרה הזה אם היחס F/f אינו תמיד שווה ל-1, אלא משתנה על פי מערכת היחידות בה בחרנו להביע אותו אזי החוק השלישי של ניוטון מתקיים או לא מתקיים על פי בחירת מערכת היחידות, דבר שעומד בסתירה לאקסיומות עליהן מבוססת הפיזיקה המודרנית. הנחה זו, שחוקי הפיזיקה אינם תלויים במערכת יחידות ספציפית היא הבסיס מאחורי משפט פאי של בקינגהאם.

משפט פאי של בקינגהאם

לפי משפט פאי של בקינגהאם (באנגלית: Buckingham π-Theorem), כל חוק פיזיקלי ניתן לביטוי על ידי זהות המורכבת אך ורק ממספרים חסרי ממד, במכפלות או מנות של המשתנים הקשורים לחוק.

לדוגמה לחץ ונפח קשורים אחד לשני בעזרת חוק בויל שם הם ביחס הפוך. אם היחס בין המספרים משתנה כתלות במערכת היחידות, המשוואה איננה זהות ומשפט פאי אינו מתקיים. עוד תוצאה של המשפט היא שאת התלות בין n משתנים בעלי k ממדים בלתי תלויים ניתן לבטא בעזרת p=n-k מספרים חסרי ממד.

לדוגמה: צריכת הכוח של בוחש חשמלי בעל צורה נתונה היא פונקציה של הדחיסות והצמיגות של הנוזל שאותו צריך לערבב, הגודל של הבוחש המבוטא (למשל) בעזרת הקוטר שלו והמהירות בה נרצה לערבב. כלומר n=5 כאשר המשתנים הם כוח, דחיסות, צמיגות, גודל הבוחש והמהירות. k=3 הממדים בהם ניתן לבטא את כל המשתנים הללו הם: אורך (L) [במטרים], זמן (T) [בשניות] ומסה (M) [בקילוגרמים]. על פי המשפט: n=5 המשתנים בעלי k=3 הממדים הבלתי תלויים יכולים ליצור p = (n-k) = 5-3 = 2 מספרים חסרי ממד בלתי תלויים. מספרים אלו הם במקרה זה: מספר ריינולדס (גודל חסר ממד המתאר את משטר הזרימה בזורמים) ומספר ניוטון או מספר כוח (המתאר את הבוחש כתלות בדחיסות הנוזל).

קבועים פיזיקליים חסרי ממד

קבועים פיזיקליים יסודיים כמו מהירות האור בריק, קבוע הכבידה האוניברסלי, קבוע פלאנק וקבוע בולצמן יכולים להיות מנורמלים ל-1 אם נבחר יחידות מתאימות של זמן, אורך, מסה, מטען וטמפרטורה. אולם לא כל הקבועים הפיזיקליים יכולים להיות מנורמלים בצורה זו, הערכים של הקבועים הבאים לדוגמה הם ללא יחידות כלל והתקבלו בצורה ניסויית:

רשימה של מספרים חסרי ממד

סכם
פרספקטיבה

כל המספרים הטהורים הם מספרים חסרי ממד, מספרים מסוימים בעלי משמעות מיוחדת מובאים כאן:

מידע נוסף , ...
שם סימון מקובל הגדרה תחום רלוונטי
מספר אבהVאופטיקה: פיזור או נפיצה של קרניים בחומרים שונים
מקדם פעילותכימיה: היחס של מולקולות או אטומים פעילים
אלבדוקלימטולוגיה, אסטרונומיה: מידת ההחזריות של גוף - היחס בין כמות הקרינה המוחזרת מגוף לבין כמות הקרינה שפגעה בו
מספר ארכימדסArמכניקת הזורמים: תנועה של זורם כתוצאה מהפרשים בצפיפות החומר
משוואת אריניוסכימיה: היחס בין אנרגיית שפעול לאנרגיה תרמית
משקל אטומיMכימיה: מסת האטום חלקי יחידת מסה אטומית, כאשר פחמן-12 הוא בדיוק 12 יחידות מסה אטומית
מספר אטוודAמכניקת הזורמים: היווצרות אי יציבויות בתערובת זורמים כתוצאה מהבדלים בצפיפות
מספר בגנולדBaמכניקת הזורמים, גאולוגיה: יחס בין מאמץ התנגשות גרעינים אל מול מאמץ ויסקוזי בזרימה של חומר מגורען כמו חול או דגנים
מספר בז'ן
(מכניקת הזורמים)
Beמכניקת הזורמים: נפילת לחץ (חסרת ממד) לאורך ערוץ
מספר בז'ן
(תרמודינמיקה)
Beתרמודינמיקה: היחס בין מעבר חום בצורה בלתי הפיכה לסך כל חוסר ההפיכות במערכת כתוצאה ממעבר חום וחיכוך זורמים
מספר בינגהםBmמכניקת הזורמים, ראולוגיה: היחס בין מאמץ כניעה לבין מאמץ ויסקוזי
מספר ביוBiמעבר חום: הסעה משטחית אל מול הולכה נפחית בגוף מוצק
מספר בלייקBl or Bגאולוגיה, מכניקת הזורמים, חומרים נקבוביים: כוחות אינרציה ביחס לכוחות צמיגות במעבר בתווך נקבובי
מספר בונדשטייןBo or Bdכימיה: פילוג זמן ההתנגדות, דומה למספר פקלה במעבר מסה צירי
מספר בונדBoגאולוגיה, מכניקת הזורמים, חומרים נקבוביים: כוחות ציפה אל מול כוחות קפילריים, דומה למספר אוטווס
מספר ברינקמןBrמעבר חום, מכניקת הזורמים: הולכה מקיר אל זורם צמיג
מספר ברוונול-כץNBKמכניקת הזורמים: שילוב של מספר קפילרי ומספר בונד
מספר קפילריCaחומרים נקבוביים, מכניקת הזורמים: כוחות צמיגות אל מול מתח פנים
מספר צ'נדרסקרQאסטרופיזיקה, מגנטו-הידרודינמיקה: היחס בין כח לורנץ לצמיגות בהסעה מגנטית
מקדם חיכוך קינטימכניקה: חיכוך בתנועה של גופים קשיחים
מקדם חיכוך סטטימכניקה: חיכוך בין גופים קשיחים במנוחה
מקדם התמדסטטיסטיקה: יחס השונות של מודל סטטיסטי מסוים
מקדם שונותסטטיסטיקה: יחס סטיית תקן לציפייה
קורלציה (מִתאם)ρ or r או כאשר בצורה דומה עבור סטטיסטיקה: מדידה של תלות ליניארית
מספר קורנט-פרדריך-לויC or 𝜈מתמטיקה: פתרונות נומריים של משוואות דיפרנציאליות חלקיות היפרבוליות
מספר דמקולרDaכימיה: זמן תגובה אל מול זמן התנגדות
יחס ריסוןמכניקה: מידת הריסון במערכת
מקדם החיכוך של דרסיCf or fDמכניקת הזורמים: אחוז הלחץ האובד כתוצאה מחיכוך בדפנות הצינור, פי 4 ממקדם החיכוך של פנינג
מספר דרסיDaחומרים נקבוביים: היחס בין הספיקה לבין שטח החתך
מספר דיןDזרימה טורבולנטית: היווצרות מערבולות בחתכים בעלי עקמומיות
מספר דבורהDeראולוגיה: זורמים ויסקואלסטיים
דציבלdBאקוסטיקה, אלקטרוניקה, תורת הבקרה: יחס בין שתי עוצמות או שני הספקים של גל
מקדם גררcdאווירודינמיקה, הידרודינמיקה: התנגדות לתנועת זורם
מספר דוקיןDuהיחס בין ההולכה החשמלית של פני השטח לבין ההולכה הנפחית של הגוף
מספר אקהרטEcמעבר חום בהסעה: מאפיין דסיפציה של אנרגיה או היחס בין אנרגיה קינטית ואנטלפיה
מספר אקמןEkגאופיזיקה: כוחות צמיגות ביחס לכוחות קוריוליס
גמישות
(כלכלה)
Eכלכלה: התגובה של היצע או ביקוש לשינוי מחירים
אנטרופיה
(פיזיקה)
פיזיקה, תורת האינפורמציה
מספר אוטווסEoמכניקת הזורמים: צורה של בועות או טיפות
מספר אריקסוןErהידרודינמיקה: התנהגות זרימה של גביש נוזלי, כוחות צמיגות אל מול כוחות אלסטיות
מספר אוילרEuהידרודינמיקה: כוחות לחץ מול כוחות אינרציה בזורם
מספר אוילרeמתמטיקה: בסיס הלוגריתם הטבעי
מקדם טמפרטורה עודפתמעבר חום, הידרודינמיקה
מקדם החיכוך של פנינגfמכניקת הזורמים: אחוז הלחץ האובד כתוצאה מחיכוך בדפנות הצינור
קבועי פייגנבאום,
תורת הכאוס
קבוע המבנה הדקפיזיקה: קבוע המבנה העדין (נקרא גם קבוע המבנה הדק) הוא קבוע הצימוד עבור אינטראקציות אלקטרומגנטיות
מספר ffאופטיקה, צילום: היחס בין אורך המוקד לקוטר המיפתח
מספר פורייהFoמעבר חום: יחס פיזור לאגירת חום
מספר פרנזלFאופטיקה: עקיפה דרך חריץ
מספר פראודFrמכניקת הזורמים: יחס בין כוחות גרוויטציה לכוחות אינרציה
הגבראלקטרוניקה: היחס בין האות הנקלט לאות הנפלט
מספר גלילאיGaמכניקת הזורמים: כוחות כבידה אל מול כוחות צמיגות
יחס הזהבמתמטיקה, אסתטיקה
מספר גורטלרGהידרודינמיקה: שכבת גבול לאורך קיר
מספר גרץGzמכניקת הזורמים: זרימה למינרית דרך תעלה
מספר גרסהוףGrמעבר חום: יחס בין כוחות ציפה לכוחות צמיגות
קבוע הצימוד הגרוויטציוניפיזיקה: משיכה בין שני גופים בעלי מסה, אנלוגי לקבוע המבנה העדין
מספר הטהHaהנדסה כימית: שינויים בספיחה כתוצאה מריאקציות כימיות
מספר האגןHgמעבר חום: יחס בין ציפה לכוחות צמיגות בהסעה מאולצת
גרדיאנט הידראוליiמכניקת הזורמים, מי תהום: מתאר אובדן לחץ לאורך מרחק
מספר איריבארןIrמתאר את זווית השבירה של גל ים בשיפוע
מספר ג'ייקובJaכימיה: היחס בין חום לאנתלפיה הנספגת בעת מעבר פאזה נוזל-גז
מספר קרלוביץKaבעירה תחת זרימה טורבולנטית
מספר קולגן-קרפנטרKCהידרודינמיקה: היחס בין כח הגרר לכח האינרציה לחפצים כבדים בזרימה תונדת
מספר קנודסןKnיחס מהלך חופשי ממוצע לאורך האופייני של הבעיה
מספר קוטטליידזהKu
מספר לפלסLaהידרודינמיקה
מספר לוויסLeיחס בין דיפוסיביות תרמית לדיפוסיביות מסית
מקדם עילויCLאווירודינמיקה: כח עילוי המתקבל מפרופיל כנף בזווית התקפה נתונה
פרמטר לוקהרט-מרטינלי
מספרי לאבh, k, lגאופיזיקה: מוצקות של כדור הארץ ושאר פלנטות
מספר לונדקוויסטSפיזיקה של פלזמה
מספר מאךM or Maיחס בין מהירות הגוף בתווך למהירות הקול או ההפרעה באותו תווך
מספר ריינולדס מגנטיRmיחס בין אדווקציה מגנטית לפעפוע מגנטי
מקדם החספוס של מננינגnמקדם המתאר זרימה בתעלה כתוצאה מכח הכבידה
מספר מרנגוניMgמכניקת הזורמים: כוחות מתח פנים תרמי לעומת כוחות צמיגות
מספר מורטוןMoהידרודינמיקה: משפיע על צורה של טיפה או בועת זורם
מספר נואסטNuמעבר חום: יחס בין מעבר חום בהסעה למעבר חום בהולכה
מספר אונסורג'Ohמשפיע על אטומיזציה של זורמים
מספר פקלהPe

מעבר חום: בעיות של אדווקציה-דיפוזיה, סה"כ מעבר התנע למעבר חום מולקולרי

פאימתמטיקה: היחס בין היקף מעגל לקוטרו
יחס פואסוןאלסטיות: מקדם פואסון מתאר את המעוות הרוחבי כתוצאה מהמעוות האורכי
נקבוביותגאולוגיה, חומרים נקבוביים
מקדם הספקP/Sאלקטרוניקה
מספר כוחNpאלקטרוניקה: נקרא גם מספר ניוטון, מתאר צריכת אנרגיה על ידי בוחשים או יחס כוחות ההתנגדות לכוחות האינרציה
מספר פרנדטלPr

היחס בין הדיפוסיביות הקינטית לדיפוסיביות התרמית

מספר פרטרβ

הנדסת ריאקטורים כימיים

מקדם לחץCPאווירודינמיקה, הידרודינמיקה: הלחץ המורגש בנק' כלשהי בפרופיל כנף
מקדם QQפיזיקה, הנדסה: מידת השיכוך של אוסילטור או מתנד, אנרגיה אגורה מול אנרגיה שאבדה
רדיאןradמתמטיקה: מדידה של זווית מישורית 1 רדיאן=180 מעלות חלקי π
מספר רייליRaמעבר חום: כוחות ציפה מול כוחות צמיגות בהסעה טבעית
מקדם שבירהnאלקטרומגנטיות, אופטיקה: מהירות האור בריק חלקי מהירות האור בתווך מסוים
צפיפות יחסיתRDהידרומטרים: יחס הדחיסות של חומר מסוים יחסית לחומר בוחן אחר (לרוב מים)
מספר ריינולדסReמכניקת הזורמים: יחס כוחות האינרציה למול כוחות הצמיגות
מספר ריצ'רדסוןRiמכניקת הזורמים: עוסק בהשפעת הציפה על יציבות הזרימה
קשיות רוקוולסולם בו נמדדת רמת הקשיות של חומר מסוים
התנגדות לגלגולCrrרכב: יחס הכח הדרוש לתנועה של גלגל על משטח ישר
מספר רושקוRoהידרודינמיקה, מערבולות
מספר רוסביRoגאופיזיקה: יחס בין כוח האינרציה לכח קוריוליס
מספר רוזP or Zמשקעים: יחס בין מהירות נפילה לתנועה למעלה של חלקיקים
מספר שמידטScמעבר מסה
מקדם צורהHשכבת גבול: יחס בין עובי ההזזה לעובי המומנטום
מספר שרוודShהסעה מאולצת
מספר זומרפלדSסיכה הידרודינמית
מספר סטנטוןStמעבר חום, מכניקת הזורמים: עוסק בהסעה מאולצת
מספר סטפןSteמעבר פאזות בחומר
מספר סטוקסStk or Skמתאר התנהגות חלקיקים בתוך זורם, מוגדר כזמן האופייני של החלקיק חלקי הזמן האופייני של הזורם
מעוותהנדסת חומרים, אלסטיות: הזזה בין חלקיקים בגוף קשיח יחסית לאורך התחלתי
מספר סטרוהאלSt or Srמכניקת הזורמים: עוסק בזרימות תמידיות תונדות
מספר סטיוארטNמגנטו-הידרודינמיקה, יחס בין כוחות אלקטרומגנטיים לכוחות אינרציה
מספר טיילורTaמכניקת הזורמים: כוחות אינרציה כתוצאה מסיבוב של זורם מול כוחות צמיגות
פרמטר ואליסj*זרימה מולטי פאזית
מספר וברWeזרימה מולטי פאזית
מספר ויסנברגWiזרימות ויסקואלסטיות, יחס הגזירה כפול זמן הרגיעה
מספר וורמסליביומכניקה של זורמים, זרימות רציפות ופועמות
סגירה

ראו גם

Loading related searches...

Wikiwand - on

Seamless Wikipedia browsing. On steroids.