今天我学习了怎样描述运动。
机械运动简称运动,就是一个物体相对于另一个物体位置的改变。它是自然界最简单、最基本的运动形式。
自然界的运动形式可多了,除了机械运动,还有生物运动(就是生物在空间的整体移动行为,例如动物的步行)、化学运动(指元素的化合[两种或多种物质经过化学反应而形成一种新物质]与分解[一种化合物分成两种或多种简单的化合物或单质]运动,它的物质基础是原子)、原子核外的电子运动、分子热运动等。
既然谈到了机械运动,就不得不提到参考系,因为我们都知道运动和静止是相对的,同一物体选择的参考系不同,观察结果就不一样,如果是比较两个物体的运动,我们就应该选同一参考系。
如果我们在研究一个物体运动时,它形状和大小属于无关因素或次要因素,我们为了使问题简单,用一个有物体的点来代替物体,这个点叫做质点。
坐标系我们都学过,在参考系上建立坐标系可以定量描述物体的位置和变化。不管是一维的直线坐标系,还是二维的平面坐标系,还是三维的立体坐标系都少不了原点、正方向和单位长度这三个必须项,这三项缺一不可,不然就起不到坐标作用。
理解了这些概念,我们对运动就有了初步的了解。提到运动,就不能不想到时间和路程以及它们之间的关系。
时间我们都知道,如果画一条时间轴,它会有一段长度。这里新出一个概念叫做时刻,它在时间轴上就是一个点。在实验室中,常用的计时仪器有秒表和打点计时器,打点计时器可以测量记录很短的时间。
我们以前学过路程,在这里多了一个位移的概念,位移它相比路程的区别是它与具体路径无关,它的大小等于初、末位置间的直线距离,而且它是单方向的,路程也有单方向的情况,这时如果它们的起点终点相同,那么它们的大小也是相同的。
有大小有方向的物理量叫做矢量,有大小没有方向的物理量是标量。比如速度就是矢量,像温度、时间就是标量。
物体在一条直线上运动,如果在相等时间位移相等,这种运动就是匀速直线运动。也就是位移它是随时间均匀变化的,所以它们之间的关系是一次函数。可以在脑海中想象一幅位移—时间图像,横轴表示时间t,纵轴表示位移s。那么s-t图像中任一个点表示的是运动的物体在某时刻的位置。这个“一次函数”的斜率越大,就表示物体运动越快,这个斜率就是速度的大小。
变速直线运动即在相同时间内位移不相等,所以它的s-t图像为曲线,曲线的斜率表现速度的变化。
匀速直线运动中速度是位移s与发生这段位移的时间t的比值,速度的单位是m/s。它描述物体运动的快慢和方向,也是物体位置变化快慢的物理量。它有大小有方向,所以是矢量,数值上等于单位时间位移的大小,方向上等于物体运动方向。它的s-t图像的斜率为一定值,斜率大小表示速度的大小,斜率正负表示速度方向。
变速直线运动中,位移和时间的比值叫做这段时间的平均速度,粗略描述物体做变速直线运动的平均快慢程度。平均速度的方向及该时间内位移的方向。
运动物体的路程L和所用时间t的比值,叫做这段时间(或路程)的平均速率。它是标量,没有方向。
运动物体在某一刻(或某一位置)的速度叫瞬时速度,瞬时速度的大小叫瞬时速率,简称速率。速度计可以测量瞬时速度。可以精确描述变速直线运动的快慢。速度反映的是质点运动的快慢和方向,速率只反映快慢。速度的瞬时性,是某时刻运动的快慢和方向。
匀速直线运动的v-t图像,横轴表示时间,纵轴表示速度,图象是一条平行于t轴的直线。有正方向的也有反方向的,需要看它在图像t轴的上方还是下方。图像和两坐标轴围成的“面积”值就是物体的位移。
还有匀变速直线运动,速度和时间关系是一次函数,又可以分为匀减速直线运动和匀加速直线运动。它的v-t图斜率绝对值是它的速度变化率的大小,斜率正负表示加速或减速。
加速度等于速度的改变与发生这一改变所用时间的比值,用a表示。即a=(vt-v0)/t。取正方向计算,结果的负值可以说明速度变化量的方向和所取正方向相反。初速度末速度不在同一直线上的,用矢量减法求。单位是m/s²。匀速直线运动的加速度就是0,匀变速直线运动的加速度为衡量,大小方向都是不变的。它是速度改变的快慢,而不是大小。加速度的变化和它的正负无关,只是说明它是加速还是减速。
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