[快乐物理]运动的奥妙(一)运动的描述

各位,没想到吧我又回来了。我还要更个物理专栏( ´・ω・)。

这一次要解决的问题就是高中物理的开山之作——运动。

1.基本概念

在这里我们要解决的问题就是如何描述一个运动以及运动的分类。

注意:在这里我们研究的运动指的是机械运动。

1.机械运动的概念

一个物体相对于另一个物体的位置,或者一个物体的某些部分相对于其他部分的位置,随着时间而变化的过程叫做机械运动(mechanical motion)。

简单讲机械运动就是位置的变化(当然这不严密)。

由机械运动的定义可以看出机械运动是相对的。

如果两个物体的相对位置没有变化则称它们相对静止(以下用静止),两个物体的相对位置发生变化则称它们为相对运动(以下用运动)。

若无特殊说明,我们以下所说的运动指机械运动。

若无特殊说明,以下均不考虑相对论效应,只按照经典理论考量。

2.运动的分类(一)

按照运动的轨迹分可以将运动分为

直线运动——物体沿着直线运动

曲线运动——物体沿着曲线运动

3.描述一般运动必备工具

①参考系(初中的参照物于此类似)

前面我们说运动是相对的(请将哲学中的运动和此处的运动分开),那么我们描述运动时所参考的物体就叫做参考系。

②时间与时刻

在此处的研究中时间包含一“长段”,如第一秒指的是0到1秒这一秒钟的时间。

时刻指的就是瞬时的概念,如0时刻,指的是0秒这一瞬间。

第n秒指的是(n-1)时刻到n时刻这一秒时间

n秒指的就是n时刻。

注意:在生活中我们一般不区分时间与时刻。

时间和时刻的单位都是秒(s)

③数学补充:向量(或者叫矢量)

既有方向又有大小的量叫做向量(物理学中叫做矢量),只有大小没有方向的量叫做数量(物理学中叫做标量)。当然了向量和数量的根本区别不在于有没有方向,而在于运算法则。(这个以后介绍)

④路程与位移

我们管物体运动的轨迹的长度叫路程。(一般记作s)

物体从A点到B点位置的变化叫做位移。(一般在直线运动中记做Δx或x,一般我们取A点为运动的起始点)

事实上位移是初位置指向末位置的向量。

在几何上位移可以用初位置指向末位置的有向线段表示。

路程与位移的单位都是米(m)

⑤平均速度、瞬时速度、平均速率、瞬时速率

Firstly,打好数学基础。

首先,代表向量的有向线段的长度叫做向量的模。


Secondly,我们将问题上升到比高中更高的层次上。我们有,一个物体相对于另一个物体的位置,或者一个物体的某些部分相对于其他部分的位置,随着时间而变化的过程叫做机械运动。因此描述运动的物理量可以看作关于时间t的函数。比如说位移就可以看作函数x(t)

那么函数x(t)对时间t求一次导数得到的结果就是瞬时速率v(t)关于时间的函数关系。即瞬时速率为位移对时间的一阶导数。

由此可知瞬时速率为标量(数量)。

当Δt→0时,两个位移向量的差除以Δt得到的向量就是瞬时速度(这个关系也称作位移关于时间的变化率),其模等于瞬时速率。

由上瞬时速度为矢量(向量)。

在时间t内物体的位移这个向量除以t得到的向量为平均速度。

在时间t内物体的路程除以时间t得到的数量为平均速率。

以上的单位都是米每秒(m/s)

⑥加速度

加速度就是瞬时速度对时间的变化率。

单位是米每二次方秒(m/s²)

加速度也是矢量。

2.重要模型——质点模型

质点模型——我们用一个没有大小即体积的有质量的点替代客观存在的物体。(这个模型使用的前提就是物体的大小与实际结果无瓜)

3.描述曲线运动的物理量

由于我们需要一段时间才能碰曲线运动,所以不细讲。


水分满满的一期到此结束,下一期就有点遥遥无期了,各位还不赶紧珍惜?

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