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生理学所需的基础物理化学
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本篇仿照[[十分钟读完基础物理化学]],介绍生理等学科中的物理,数学,化学基础内容(虽然大多数佬都会了 == <big>数学</big> == === 坐标变换 === ==== 二维情形 ==== ===== 极坐标系 ===== 极坐标是一种用“距离”和“角度”来确定平面上点位置的二维坐标系统,它的视角与笛卡尔坐标系完全不同。 想象你站在一个广场的中心,要告诉朋友你的位置。你可能会说:“我从中心点出发,往东北方向走了100米。” 这种“方向+距离”的描述方式,就是极坐标的核心思想。 一个完整的极坐标系由以下几个要素构成: * 极点 (Pole): 相当于直角坐标系的原点,是所有距离测量的起点,通常记为 O。 * 极轴 (Polar Axis): 从极点出发的一条射线,通常水平向右,作为测量角度的基准(0度方向)。 * 极径 (Radial Coordinate): 表示平面上某点到极点的距离,通常用r表示。 * 极角 (Angular Coordinate): 表示从极轴逆时针旋转到该点与极点连线的角度,通常用θ表示。 因此,平面上任意一点 P 的位置都可以用一个有序数对 (r,θ)表示。 极坐标(r,θ )和直角坐标 (x,y)可以相互转换。假设以直角坐标系的原点为极点,x轴正半轴为极轴,并采用相同的长度单位,它们之间的关系如下: * 从极坐标转换为直角坐标: ** <math>x=r\cos(\theta)</math> ** <math>y=r\sin(\theta)</math> * 从直角坐标转换为极坐标: ** <math>r=\sqrt{x^2+y^2}</math> ** <math>\theta=\arctan({y \over x})</math> (需要根据点所在的象限来确定最终角度) 极坐标可以用来方便地化简一些双重积分,比如: <math>\iint_D(9-x^2-y^2)dxdy</math>其中D是被积函数与Oxy平面围成的区域。 本积分转换到极坐标: <math>\int^{2\pi}_0\int^3_0(9-r^2)rdrd\theta</math> 其中后面多乘的r是雅克比行列式J在极坐标下计算的结果。最后可得结果为135π/2. 同时,对于后文将要提到的环路积分,极坐标系也是一个不错的化简方法。 ==== 三维情景 ==== ===== 球极坐标 ===== 球极坐标系,通常简称为球坐标系,是一种用于确定三维空间中点位置的坐标系统。它通过一个距离和两个角度来定义一个点,可以看作是二维极坐标系在三维空间中的扩展。 球坐标系使用三个参数来描述空间中任意一点 P 的位置: # 径向距离 (r) 点 P 到坐标原点 O 的距离。 # 方位角 (θ) 点 P 在 Oxy 平面上的投影与 x 轴正方向之间的夹角。 #极角 (φ) 点 P 与原点 O 的连线同 z 轴正方向之间的夹角 球坐标系与笛卡尔坐标系的互换: <math>x=r\cos(\theta)\sin(\varphi)</math> <math>y=r\sin(\theta)\sin(\varphi)</math> <math>z=r\cos(\varphi)</math> <math>r=\sqrt{x^2+y^2+z^2}</math> <math>\theta=\arctan({y \over x})</math> <math>\varphi=\arccos({z \over r})</math> ===== 柱坐标系 ===== 柱坐标系(Cylindrical Coordinate System),也叫圆柱坐标系,是一种用于描述三维空间的坐标系统。你可以把它理解为二维极坐标系在三维空间中的延伸,它用一个距离、一个角度和一个高度来定义点的位置,特别适合描述具有圆柱对称性的问题。 柱坐标系使用三个参数来确定空间中任意一点 P 的位置: # 径向距离 (r ) 点 P 在 Oxy 平面上的投影到坐标原点的距离。它描述了该点离中心轴(z轴)有多远。 # 方位角 (θ ) 从 x 轴正方向逆时针旋转到点 P 在 xy 平面上的投影连线所经过的角度。 # 高度 (z) 点 P 的垂直高度,与直角坐标系中的 z 轴完全相同。 简单来说,柱坐标(r,θ,z) 就是先在一个平面上用极坐标 (r,θ)定位,然后再指定一个高度 z。 与笛卡尔坐标系的互换也与极坐标相同,只不过多了一个z=z。 === 曲线积分 === 例:考虑一曲线形构件,在平面内占一曲线L。设其密度分布函数为<math>\rho(x,y)</math>且在L上连续,问其质量。 解:对于一小段弧微元ds,其质量为<math>dm=\rho(x,y)ds</math>,其总质量<math>m=\int_Ldm=\int_L\rho(x,y)ds</math>,此时L称为积分路径,m称为密度分布函数关于积分路径L的曲线积分。 定义:设L为Oxy平面上的一简单光滑曲线,f(x,y)在L上有界,在L上插入点列<math>M_1,M_2,\cdots,M_n</math>将L分成n个小弧段<math>\Delta L_i,|\Delta L_i|=ds</math>又M<small><sub>i</sub></small>(x,y)为L上任意一点,作积<math>f_i(x,y)ds</math>,并求和<math>\sum f_i(x,y)ds</math>,设<math>\lambda=\max(ds)</math>,若<math>\lim_{\lambda\to 0}\sum f_i(x,y)ds</math>存在,且其极限值与L的分法及Mi的选取无关,则称此极限值为f(x,y)在nL上的 === 微分方程 === === 场论 === === 线性代数 === == <big>物理</big> == === 分析力学 === === 流体力学 === === 电动力学 === === 量子力学 === === 热力学 === == <big>化学</big> == === 结构化学 === == 应用 == === 生化 === === 生理 === === 生态 ===
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