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【簡單物理入門】運動(1)

樓主: 113602 | 查看: 1747 | 回復: 16

發表于 2023-1-3 13:26:54 浙江 發帖際遇
發帖問了一下好像想看物理的居多,那我先隨便寫著。
前排提醒,過程中可能會有一些需要掌握的數學知識,建議至少有初中以上數學水平。
很多地方有圖片會好理解很多,但是我懶得畫。如果感興趣的可以自己動動手方便理解。

一·位置
物理,就是描述物質相互作用的一門學科。而相互作用的體現,就是運動狀態的變化。運動狀態,則是描述物體位置變化的屬性,因此我們首先需要掌握的,是如何描述一個物體的位置。
需要明白的是,位置是一個相對概念,想要描述一個物體的位置一定是需要一個參照物的。
舉個例子,學校在醫院東面50米,這句話描述了學校的位置,那么我們分析一下這句話。有這么幾個成分
學校:被描述的對象
醫院:參照物
東面:方向
50米:距離
因此我們可以發現,描述一個物體的位置需要參照物、方向和距離,這也說明了位置其實是一個矢量(可以理解為有方向的值)
將位置的描述進行抽象化處理后,我們可以借助坐標系來描述

二·坐標系
以二維為例,我們在確定參照物后,將參照物作為原點,便可以利用坐標系描述物體的位置。
直角坐標系:
在原點作兩條相互垂直的x,y軸,相應的物體的位置就可以用其在x,y軸上的投影坐標描述,比如取醫院為原點,正東方向為x軸,那么學校的坐標就可以描述為(50,0)
極坐標系:
取一個方向作一條射線為極軸,將原點和目標物體連線,就可以利用物體到原點的距離和極軸到連線的角度(逆時針)描述物體的位置

此外還有自然坐標系、球坐標系、柱坐標系等等,暫時沒必要講,真用到再說。

三·速度和導數
已經掌握了如何描述物體的位置,接下來就要掌握如何描述物體的運動,首先就要掌握速度的概念。
速度是用來描述物體位置變化率的量,為了方便我都以一維舉例,二維或更高維只要每個維度分開討論最后矢量相加即可。
假設在時間t內,物體原先在x1,最后到了x2,那么這段時間內位置的變化率即為,v=(x2-x1)/t,x2-x1可以寫作△x,表示x的變化量,由于位置是個矢量,那么速度顯然也是一個矢量。
當t表示一段時間時,v即為這段時間內物體的平均速度,那么我們令t無限趨近于0,v就無限趨近于這個時刻的瞬時速度,那么問題來了,既然時間趨近于0,那么位移(位置的變化)也趨近于0,怎么計算兩者的比值呢,這個時候我們就要利用到導數。
考慮到可能有人沒有極限相關的基礎,因此有部分數學相關的細節我會直接帶過。
我們用一個自變量為t,因變量為x的函數x(t)表示x,那么v=(x(t+△t)-x(t))/△t,這里t是某個時刻,△t是無線趨近于0的一段時間間隔
如果x可以用冪函數表示,即x=t^a,那么v=[(t+△t)^a-t^a]/△t,由于分母只有△t的一次,因此分子中(t+△t)^a有意義的只有前兩項,即t^a+a*t^(a-1)△t(不知道為什么的自行百度二項式定理),那么結果就是v=a*t^(a-1),這就是冪函數的導數。如果原函數與常數相乘,那么導函數也與常數相乘。

這么講可能聽不太懂,我舉個例子。一個物體,他的位置和時間的關系是x=10t,那么他在t時刻的速度就是v=x'(以后表示某函數的導數用該函數右上角加一點表示),t的指數a=1,那么10*t的導數就是10*a*t^(a-1)=10*1*t^0=10,也就是說該物體是沿x軸正方向以10的速度進行勻速直線運動。

第一次就講這么多吧,隨便給個習題

一維下,原點為O,物體離原點的距離和時間成反比,已知10s時物體離原點10m,求物體在t時刻時的速度

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1 | 發表于 2023-1-3 13:52:13 湖北| 來自小霸王手機
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x=100/t
v=x`=-100/(t^2) (-表示方向)
| 發表于 2023-1-3 16:40:39 福建
完了 初中知識全還老師了  從“如果x可以用冪函數表示”這里就聽不懂了
| 發表于 2023-1-3 17:11:06 安徽| 發自安卓客戶端
感謝分享,好高級
| 發表于 2023-1-3 18:04:58 河南| 發自安卓客戶端 發帖際遇
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| 發表于 2023-1-3 18:55:21 山東| 發自安卓客戶端
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| 發表于 2023-1-3 19:06:04 山東| 發自安卓客戶端 發帖際遇
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為什么看著看著突然出現導數(迅速逃離)
| 發表于 2023-1-3 21:44:06 陜西| 發自安卓客戶端
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| 發表于 2023-1-4 10:30:50 北京| 發自安卓客戶端
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| 發表于 2023-1-4 11:09:49 福建| 發自安卓客戶端
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