Stopień swobody (fizyka)
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.
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 . (ruch postępowy)
- trzy obroty względem osi równoległych do osi układu współrzędnych . (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: i stopniach swobody, oraz między tymi ciałami występuje więzów, to układ taki ma stopni swobody.
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.