發(fā)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(shù)學(xué)知識,建議至少有初中以上數(shù)學(xué)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(zhì)相互作用的一門學(xué)科。而相互作用的體現(xiàn),就是運動狀態(tài)的變化。運動狀態(tài),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(xué)校在醫(yī)院東面50米,這句話描述了學(xué)校的位置,那么我們分析一下這句話。有這么幾個成分
學(xué)校:被描述的對象
醫(yī)院:參照物
東面:方向
50米:距離
因此我們可以發(fā)現(xiàn),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(yīng)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(yī)院為原點,正東方向為x軸,那么學(xué)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(dǎo)數(shù)
已經(jīng)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(shè)在時間t內(nèi),物體原先在x1,最后到了x2,那么這段時間內(nèi)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(nèi)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(dǎo)數(shù)。
考慮到可能有人沒有極限相關(guān)的基礎(chǔ),因此有部分數(shù)學(xué)相關(guān)的細節(jié)我會直接帶過。
我們用一個自變量為t,因變量為x的函數(shù)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(shù)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(jié)果就是v=a*t^(a-1),這就是冪函數(shù)的導(dǎo)數(shù)。如果原函數(shù)與常數(shù)相乘,那么導(dǎo)函數(shù)也與常數(shù)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(guān)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(shù)的導(dǎo)數(shù)用該函數(shù)右上角加一點表示),t的指數(shù)a=1,那么10*t的導(dǎo)數(shù)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(xí)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 |