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理论物理学导论/数学基础/算术、物理学和数学

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算术、物理学和数学;或度量单位 的初步提纲

度量单位作为数学常数

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  1. 物理学和数学从计数开始
    • 1 个苹果,2 个苹果,等等。
    • 因此,我们记录中的“苹果”是一个度量单位,所讨论的数量是“苹果数量”。
  2. 这演变成简单的算术
    • 1 个苹果加 1 个苹果等于 2 个苹果
    • 30 个苹果减去 10 个苹果等于 20 个苹果
  3. 引入简写符号
  4. 数学可以丢弃所讨论的物理对象,并有幸关注抽象概念
  5. 而在数学中,常数 代表一个数值常数,在物理学中,这个常数可以代表一个物理常数,从而允许物理对象在数学方程式中表现为数学实体
  6. 度量单位在数学方程式中很重要,因为它们代表着关键信息,如果忽略这些物理常数,计算中就会出现错误

    • 在以下意义上是错误的

      是数学规则允许的唯一答案
  7. 此外,在进行数学运算时必须小心

    • 表示 9 个苹果排列成正方形

    • 创建了一个新的物理量 apple(orange),它既不是苹果也不是橙子!这就是从长度、时间和质量中创建新的物理量(即能量)的方式。

基本度量单位

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  1. 时间
    • 通常以秒为单位测量
      • 简写为 s
        • 10 秒
        • 10 s
    • 唯一一个没有被十进制化的度量单位(尽管这样的系统确实存在)
  2. 距离
    • 通常以米为单位测量
      • 简写为 m
        • 10 米
        • 10 m
  3. 质量
    • 基本单位是千克
      • 简写为 kg
        • 10 千克
        • 10 kg
    • 有时以克为单位测量
      • 简写为 g
        • 10 克
        • 10 g

导出度量单位

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  1. 面积
    • 通常以平方米为单位测量
  2. 体积
    • 通常以立方米测量
  3. 密度
    1. 线性密度
      • 通常以千克每米测量
    2. 面积密度
      • 通常以千克每平方米测量
    3. 体积密度
      • 通常以千克每立方米测量

科学计数法

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  • 基于10的幂来表示大或小数字的简写方法
  1. 大数
  2. 小数

国际单位制 (International System of Units, 也称为 SI)

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  • 进一步简化书面数字
y
z
a
f
p
n
µ
m
c
d
da
h
k
M
G
T
P
E
Z
Y

单位转换的数学原理

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  1. 在数学方程中,测量单位的行为类似于常数
  2. 为了将一个单位转换为另一个单位,我们利用一个将两个测量值联系起来的方程式。
  3. 我们可以求解并用常数 进行替换

单位转换的数学原理

  1. In mathematical equations, units of measurement behave as constants
         * (1\mbox{ m} + 2\mbox{ m})\times 4\mbox{ m} = 12\mbox{ m}^2
  2. To convert from one unit of to another, we utilize an equation relating the two measurements
         * 1\mbox{ km} = 1000\mbox{ m} \,
  3. We can solve and substitute for the constant m
         * \frac{1}{1000}\mbox{ km} = \mbox{ m}
         * \left[1\left(\frac{1}{1000}\mbox{ km}\right) + 2\left(\frac{1}{1000}\mbox{ km}\right)\right]\times 4\left(\frac{1}{1000}\mbox{ km}\right) = 12 \left(\frac{1}{1000}\mbox{ km}\right)^2
         * \left(1\times 10^{-3}\mbox{ km} + 2\times 10^{-3}\mbox{ km}\right)\times 4\times 10^{-3}\mbox{ km} = 12\times 10^{-6}\mbox{ km}^2

物理学家眼中的微积分

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  1. 导数和小量
  2. 积分和无限量的求和
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