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[知识科普] 【简单物理入门】运动(1)

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发表于 2023-1-3 13:26:54 浙江| 显示全部楼层 发帖际遇
发帖问了一下好像想看物理的居多,那我先随便写着。
前排提醒,过程中可能会有一些需要掌握的数学知识,建议至少有初中以上数学水平。
很多地方有图片会好理解很多,但是我懒得画。如果感兴趣的可以自己动动手方便理解。

一·位置
物理,就是描述物质相互作用的一门学科。而相互作用的体现,就是运动状态的变化。运动状态,则是描述物体位置变化的属性,因此我们首先需要掌握的,是如何描述一个物体的位置。
需要明白的是,位置是一个相对概念,想要描述一个物体的位置一定是需要一个参照物的。
举个例子,学校在医院东面50米,这句话描述了学校的位置,那么我们分析一下这句话。有这么几个成分
学校:被描述的对象
医院:参照物
东面:方向
50米:距离
因此我们可以发现,描述一个物体的位置需要参照物、方向和距离,这也说明了位置其实是一个矢量(可以理解为有方向的值)
将位置的描述进行抽象化处理后,我们可以借助坐标系来描述

二·坐标系
以二维为例,我们在确定参照物后,将参照物作为原点,便可以利用坐标系描述物体的位置。
直角坐标系:
在原点作两条相互垂直的x,y轴,相应的物体的位置就可以用其在x,y轴上的投影坐标描述,比如取医院为原点,正东方向为x轴,那么学校的坐标就可以描述为(50,0)
极坐标系:
取一个方向作一条射线为极轴,将原点和目标物体连线,就可以利用物体到原点的距离和极轴到连线的角度(逆时针)描述物体的位置

此外还有自然坐标系、球坐标系、柱坐标系等等,暂时没必要讲,真用到再说。

三·速度和导数
已经掌握了如何描述物体的位置,接下来就要掌握如何描述物体的运动,首先就要掌握速度的概念。
速度是用来描述物体位置变化率的量,为了方便我都以一维举例,二维或更高维只要每个维度分开讨论最后矢量相加即可。
假设在时间t内,物体原先在x1,最后到了x2,那么这段时间内位置的变化率即为,v=(x2-x1)/t,x2-x1可以写作△x,表示x的变化量,由于位置是个矢量,那么速度显然也是一个矢量。
当t表示一段时间时,v即为这段时间内物体的平均速度,那么我们令t无限趋近于0,v就无限趋近于这个时刻的瞬时速度,那么问题来了,既然时间趋近于0,那么位移(位置的变化)也趋近于0,怎么计算两者的比值呢,这个时候我们就要利用到导数。
考虑到可能有人没有极限相关的基础,因此有部分数学相关的细节我会直接带过。
我们用一个自变量为t,因变量为x的函数x(t)表示x,那么v=(x(t+△t)-x(t))/△t,这里t是某个时刻,△t是无线趋近于0的一段时间间隔
如果x可以用幂函数表示,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有意义的只有前两项,即t^a+a*t^(a-1)△t(不知道为什么的自行百度二项式定理),那么结果就是v=a*t^(a-1),这就是幂函数的导数。如果原函数与常数相乘,那么导函数也与常数相乘。

这么讲可能听不太懂,我举个例子。一个物体,他的位置和时间的关系是x=10t,那么他在t时刻的速度就是v=x'(以后表示某函数的导数用该函数右上角加一点表示),t的指数a=1,那么10*t的导数就是10*a*t^(a-1)=10*1*t^0=10,也就是说该物体是沿x轴正方向以10的速度进行匀速直线运动。

第一次就讲这么多吧,随便给个习题

一维下,原点为O,物体离原点的距离和时间成反比,已知10s时物体离原点10m,求物体在t时刻时的速度
1 | 发表于 2023-1-3 13:52:13 湖北| 来自小霸王手机 | 显示全部楼层
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x=100/t
v=x`=-100/(t^2) (-表示方向)
| 发表于 2023-1-3 16:40:39 福建| 显示全部楼层
完了 初中知识全还老师了  从“如果x可以用幂函数表示”这里就听不懂了
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| 发表于 2023-1-3 17:11:06 安徽| 发自安卓客户端 | 显示全部楼层
感谢分享,好高级
| 发表于 2023-1-3 18:04:58 河南| 发自安卓客户端 | 显示全部楼层 发帖际遇
感谢分享
| 发表于 2023-1-3 18:55:21 山东| 发自安卓客户端 | 显示全部楼层
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| 发表于 2023-1-3 19:06:04 山东| 发自安卓客户端 | 显示全部楼层 发帖际遇
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为什么看着看着突然出现导数(迅速逃离)
| 发表于 2023-1-3 21:44:06 陕西| 发自安卓客户端 | 显示全部楼层
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| 发表于 2023-1-4 10:30:50 北京| 发自安卓客户端 | 显示全部楼层
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| 发表于 2023-1-4 11:09:49 福建| 发自安卓客户端 | 显示全部楼层
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