位移




在這篇文章內,向量與标量分別用粗體與斜體顯示。例如,位置向量通常用 r{displaystyle mathbf {r} ,!}mathbf{r},! 表示;而其大小則用 r{displaystyle r,!}r,! 來表示。




位移向量与路径距离的关系。位移向量的大小也是距离的最小值


在物理學裏,位移是位置的改變。假設從舊位置r1{displaystyle mathbf {r_{1}} ,!}{mathbf  {r_{1}}},!改變到新位置r2{displaystyle mathbf {r_{2}} ,!}{mathbf  {r_{2}}},!,則位移是Δr=r2−r1{displaystyle Delta mathbf {r} =mathbf {r_{2}} -mathbf {r_{1}} ,!}Delta {mathbf  {r}}={mathbf  {r_{2}}}-{mathbf  {r_{1}}},!。使用向量分析的術語,假設一個粒子的位置,從舊位置移動到新位置,則位移是端點為舊位置,矢點為新位置的向量,稱為位移向量。假若這舊位置是原點,則位移向量又稱為位置向量。


位移向量可以簡易地表示出粒子的運動軌跡。給予運動的舊位置,位移向量可以表示出,相對於這舊位置,運動的方向和距離。位移向量的微小元素也可以用來表示一系列的微小位移。


物體的位移是距有方向性的向量,而位移需要物體的舊位置及新位置,由舊位置出發指向新位置,而形成一條具有方向性的向量。



刚体


若用在刚体运动时,位移这词语也可以包括刚体的旋转在内。對於這案例,剛體內部一個點(例如,質心、幾何中心等等)的位移,稱為線位移,而剛體的旋轉則稱為角位移



速度和距離


位移向量是粒子的新位置與舊位置的向量差。這向量差,除以所經過的時間,就是粒子的平均速度。粒子的瞬時速度則是位移向量隨著時間的導數。


距離是一種純量,通常定義為位移向量的大小(最小距離),或定義一條彎曲路徑的長度(移動距離)。它不能給出運動方向。


假設,從時間t=0{displaystyle t=0,!}t=0,!開始,一個粒子的運動軌道為



r(t):R→Vn{displaystyle mathbf {r} (t):mathbb {R} to mathrm {V} ^{n},!}{mathbf  {r}}(t):mathbb{R} to {mathrm  {V}}^{n},!

其中,t{displaystyle t,!}t,!是時間,R{displaystyle mathbb {R} ,!}mathbb{R} ,!是實數,Vn{displaystyle mathrm {V} ^{n},!}{mathrm  {V}}^{n},!是n-維向量空間。


那麼,粒子移動的瞬時速度v(t){displaystyle mathbf {v} (t),!}{mathbf  {v}}(t),!



v(t)=drdt{displaystyle mathbf {v} (t)={frac {dmathbf {r} }{dt}},!}{mathbf  {v}}(t)={frac  {d{mathbf  {r}}}{dt}},!

粒子移動的平均速度(t){displaystyle {bar {mathbf {v} }}(t),!}{bar  {{mathbf  {v}}}}(t),!



(t)=r(t)−r(0)t{displaystyle {bar {mathbf {v} }}(t)={frac {mathbf {r} (t)-mathbf {r} (0)}{t}},!}{bar  {{mathbf  {v}}}}(t)={frac  {{mathbf  {r}}(t)-{mathbf  {r}}(0)}{t}},!

粒子移動的距離s{displaystyle s,!}s,!是時間t{displaystyle t,!}t,!的函數:



s(t)=∫0t|drdt|dt=∫0tv(t)dt{displaystyle s(t)=int _{0}^{t}left|{frac {dmathbf {r} }{dt}}right|dt=int _{0}^{t}v(t)dt,!}s(t)=int _{0}^{t}left|{frac  {d{mathbf  {r}}}{dt}}right|dt=int _{0}^{t}v(t)dt,!

其中,v(t)=|v(t)|{displaystyle v(t)=|mathbf {v} (t)|,!}v(t)=|{mathbf  {v}}(t)|,!是速率。



參阅



  • 仿射空间,可以分别出质点的位置与位移。




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