引入
位置、速度、加速度都有方向,为什么不能只用一个数值描述?
平均速度和瞬时速度差在哪里,为什么必须用极限定义瞬时速度?
同一个运动,在直角坐标系和自然坐标系里写出来为什么形式不同?
描述质点的运动,本质上是给出位置随时间变化的函数。有了它,速度和加速度都只是逐次求导的结果。问题在于,位置本身是矢量,必须放进坐标系才能计算。
正文
定义
运动方程是描述质点位置随时间变化的函数 。由它可以导出速度和加速度。
以下表述在笛卡尔坐标系中进行
位置矢量
定义
用从参考点指向质点所在位置的有向线段描述质点的位置,记作 。
位置矢量同时给出距离和方向。它与“位移”不同:位矢依赖参考点选择,位移只依赖初末位置。
速度
定义
描述质点运动快慢和方向的物理量,等于位置变化量与所用时间的比值在 时的极限。
平均速度
平均速度只反映一段时间内的整体效果,掩盖了中间的细节。
瞬时速度
瞬时速度的方向沿轨迹切线,大小就是速率。
加速度
加速度描述速度变化的快慢,包括大小变化和方向变化。曲线运动即使速率不变,也有加速度。
三个量的关系
位置 r(t)
↓ 求导
速度 v(t)
↓ 求导
加速度 a(t)反向则逐次积分,并且必须给出初始条件。
| 量 | 定义式 | 方向 |
|---|---|---|
| 位置 | 从参考点指向质点 | |
| 速度 | 沿轨迹切线 | |
| 加速度 | 指向轨迹凹侧(一般情形) |
引出
曲线运动的描述一般放在自然坐标系中进行,用轨迹的切向和法向分别表示速度大小和方向的变化。
为什么 和 不相等?这个区别在什么情况下会造成错误?
位移、路程、位矢三者什么时候相等,什么时候不相等?