Stopień swobody (fizyka)
Z Wikipedii
Stopień swobody - w fizyce minimalna liczba niezależnych zmiennych opisujących jednoznacznie stan (modelu) układu fizycznego.
W praktyce stopień swobody określa liczbę zmiennych układu, które można zmieniać, bez automatycznego powodowania zmian pozostałych zmiennych.
[edytuj] Mechaniczny stopnień swobody
W mechanice klasycznej jest to liczba niezależnych ruchów, jakie ciało jest w stanie zrealizować w przestrzeni. Przez niezależnych rozumie się, że żaden z tych ruchów nie może być uzyskany poprzez superpozycję pozostałych.
Ciało sztywne całkowicie swobodne (to jest takie, na które nie nałożono żadnych więzów) ma maksymalną liczbę sześciu stopni swobody:
- trzy ruchy translacyjne w stosunku do osi układu współrzędnych x,y,z. (ruch postępowy)
- trzy obroty względem osi równoległych do osi układu współrzędnych x,y,z. (ruch obrotowy)
Ciała odkształcalne mogą mieć większą liczbę stopni swobody. Istotny jest tu podział na ciała o skończonej liczbie stopni swobody (tzw. modele dyskretne), oraz na ciała o nieskończonej liczbie stopni swobody (tzw. modele ciągłe).
Zgodnie z zasadami mechaniki, każdą trajektorię ciała materialnego można rozłożyć na sumę prostych ruchów opisanych powyżej.
Ciało materialne (np. człon mechanizmu) łączone z drugim w parę kinematyczną traci pewną liczbę stopni swobody, w zależności od klasy pary kinematycznej. Ogólnie, jeżeli układ składa się z dwóch ciał (podukładów) o odpowiednio: n1 i n2 stopniach swobody, oraz między tymi ciałami występuje w więzów, to układ taki ma n1 + n2 − w stopni swobody.
[edytuj] Termodynamiczny stopień swobody
Dla układów termodynamicznych stopień swobody to liczba zmiennych stanu, które można zmieniać niezależnie od pozostałych zmiennych. Liczba stopni swobody układu jest w termodynamice zwykle oznaczana literą s.
Np: jednofazowe układy gazowe posiadają zerowy stopień swobody, gdyż zmiana jednej ze zmiennych układu (temperatury, ciśnienia, objętość, masy) musi powodować zmianę pozostałych zgodnie z równaniem gazu idealnego. Dla układów wielofazowych liczbę stopni swobody określa Reguła faz.
