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§1-2 位移 速度 加速度 |
1. 位矢(position vector) |
位置矢量(位矢、矢径):用来确定某时刻质点位置(用矢端表示)的矢量。 |
下面是一幅矢量图(图一) : |
(图一) |
P(t)点位置矢量: |
2. 运动函数(function of motion) |
机械运动是物体(质点)位置随时间的改变。即:位矢是时间t的函数。 |
—— 运动函数(运动方程 )。 |
也可以写为: |
或者: |
消去时间t,得到轨迹方程: |
下面是一个运动函数的例子: |
3. 位移(displacement) |
位移:质点在一段时间内位置的改变。 |
图二中: |
路程:标量 |
(图二) |
4. 速度(velocity) |
质点位矢对时间的变化率叫速度。反映质点运动快慢的物理量。 |
ⅰ° 平均速度: |
——矢量 |
ⅱ° 平均速率: |
——标量 |
ⅲ° 瞬时速度 |
——矢量 |
ⅳ° 瞬时速率 |
——标量 |
平均速度与所取的时间间隔有关,时间间隔越短,平均速度就越接近于瞬时速度。瞬时速度的方向是切线方向。 |
速率只反映大小,没有方向。 |
(图三) |
5. 加速度(acceleration) |
质点速度对时间的变化率叫加速度。 |
(图四) |
平均加速度: |
瞬时加速度: |
6. 描述质点运动的状态参量的特性 |
状态参量包括: |
(1)矢量性。注意矢量和标量的区别。 |
(2)瞬时性。注意瞬时量和过程量的区别 |
(3)相对性。对不同参照系有不同的描述。 |
例1:一质点在xy平面运动,其运动函数为,,其中R,为常量。 |
求质点的运动轨迹及任一时刻的位矢、速度、加速度? |
解:质点的运动轨迹如图五所示。 |
ⅰ° 对x,y两函数平方相加得: |
ⅱ° 任一时刻的位矢: |
ⅲ° 速度 |
(图五) |
其分量为: |
速率: |
ⅳ° 加速度: |
表明加速度方向与位矢相反,指向圆心。 大小为 . |
可以看出,利用求导,很方便将位矢、速度、加速度等量联系起来。 |
例2:求匀加速直线运动的运动方程。已知质点加速度为a。 |
解:在一维情况下,矢量可以简化为标量。 |
则有: |
设初始速度为V0,则,V = V0+at |
再由定义: |
由初始条件C=X0,定为原点,则: |
例3:如图六,拉船速度V0一定,高度为H。求小船向岸边移动的速度和加速度。 |
(图六) |
解:设小船到o点的距离是L,则: |
对时间求导: |
其中 就是小船速度,而 |
所以有: |
加速度: |