發(fā)帖問(wèn)了一下好像想看物理的居多,那我先隨便寫(xiě)著。
前排提醒,過(guò)程中可能會(huì)有一些需要掌握的數(shù)學(xué)知識(shí),建議至少有初中以上數(shù)學(xué)水平。
很多地方有圖片會(huì)好理解很多,但是我懶得畫(huà)。如果感興趣的可以自己動(dòng)動(dòng)手方便理解。
一·位置
物理,就是描述物質(zhì)相互作用的一門(mén)學(xué)科。而相互作用的體現(xiàn),就是運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化。運(yùn)動(dòng)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(gè)物體的位置。
需要明白的是,位置是一個(gè)相對(duì)概念,想要描述一個(gè)物體的位置一定是需要一個(gè)參照物的。
舉個(gè)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(gè)成分
學(xué)校:被描述的對(duì)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(gè)物體的位置需要參照物、方向和距離,這也說(shuō)明了位置其實(shí)是一個(gè)矢量(可以理解為有方向的值)
將位置的描述進(jìn)行抽象化處理后,我們可以借助坐標(biāo)系來(lái)描述
二·坐標(biāo)系
以二維為例,我們?cè)诖_定參照物后,將參照物作為原點(diǎn),便可以利用坐標(biāo)系描述物體的位置。
直角坐標(biāo)系:
在原點(diǎn)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(biāo)描述,比如取醫(yī)院為原點(diǎn),正東方向?yàn)閤軸,那么學(xué)校的坐標(biāo)就可以描述為(50,0)
極坐標(biāo)系:
取一個(gè)方向作一條射線為極軸,將原點(diǎn)和目標(biāo)物體連線,就可以利用物體到原點(diǎn)的距離和極軸到連線的角度(逆時(shí)針)描述物體的位置
此外還有自然坐標(biāo)系、球坐標(biāo)系、柱坐標(biāo)系等等,暫時(shí)沒(méi)必要講,真用到再說(shuō)。
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(lái)就要掌握如何描述物體的運(yùn)動(dòng),首先就要掌握速度的概念。
速度是用來(lái)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(gè)維度分開(kāi)討論最后矢量相加即可。
假設(shè)在時(shí)間t內(nèi),物體原先在x1,最后到了x2,那么這段時(shí)間內(nèi)位置的變化率即為,v=(x2-x1)/t,x2-x1可以寫(xiě)作△x,表示x的變化量,由于位置是個(gè)矢量,那么速度顯然也是一個(gè)矢量。
當(dāng)t表示一段時(shí)間時(shí),v即為這段時(shí)間內(nèi)物體的平均速度,那么我們令t無(wú)限趨近于0,v就無(wú)限趨近于這個(gè)時(shí)刻的瞬時(shí)速度,那么問(wèn)題來(lái)了,既然時(shí)間趨近于0,那么位移(位置的變化)也趨近于0,怎么計(jì)算兩者的比值呢,這個(gè)時(shí)候我們就要利用到導(dǎo)數(shù)。
考慮到可能有人沒(méi)有極限相關(guān)的基礎(chǔ),因此有部分?jǐn)?shù)學(xué)相關(guān)的細(xì)節(jié)我會(huì)直接帶過(guò)。
我們用一個(gè)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(gè)時(shí)刻,△t是無(wú)線趨近于0的一段時(shí)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(xiàng),即t^a+a*t^(a-1)△t(不知道為什么的自行百度二項(xiàng)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(tīng)不太懂,我舉個(gè)例子。一個(gè)物體,他的位置和時(shí)間的關(guān)系是x=10t,那么他在t時(shí)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(diǎn)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(shuō)該物體是沿x軸正方向以10的速度進(jìn)行勻速直線運(yùn)動(dòng)。
第一次就講這么多吧,隨便給個(gè)習(xí)題
一維下,原點(diǎn)為O,物體離原點(diǎn)的距離和時(shí)間成反比,已知10s時(shí)物體離原點(diǎn)10m,求物體在t時(shí)刻時(shí)的速度 |