VCE 物理/第二单元/学习领域 1/运动学 (物体如何运动)

引言

运动学实际上只是一个“运动”的华丽说法。你可以指责物理学家为了显得聪明而编造了一些华丽的词语，或者在你试图学习物理的时候故意让你困惑。然而，使用“运动学”这个词语隐含着额外的意义，即我们不仅仅是要像日常生活中那样谈论运动（“嘿，我今天步行去商店了！”），而是要理解可以用来描述运动的数学。此外，我们专门使用“运动学”来描述对物体如何运动的研究，而不必担心它们为什么运动或改变它们的运动（见“动力学”部分）。这可能听起来不可能，但事实证明，所有的运动都是一样的，从这个意义上说，我们可以使用相同的数学来描述任何运动，无论它是我们扔出的球，由发动机驱动的汽车，还是重力使苹果掉落。然而，数学可能会变得非常复杂。因此，在本课程中，我们只处理一维（1D）的运动学。这意味着我们只需要一个数字来描述物体的 位置。例如，这可能涉及一列火车在一条笔直的铁轨上上下移动，一辆汽车在一条笔直的公路上行驶。你能想到其他一维运动的例子吗？

位置、距离和位移

因此，如果我们有一维情况，使用数学来描述物体的位置相对简单。想象一辆汽车在一条笔直的公路上行驶。我们将定义一个轴（一条带数字的线）。我们将使用字母 x 来表示这个轴。我们首先定义一个原点（我们称之为零的位置）。然后我们决定哪边是正数，哪边是负数。我们定义一个比例... 我们将使用 m。见下图。

在任何时间点，我们都可以给出 x 的值，也就是汽车在 x 轴上的位置。

等等。

时间

与其仅仅讨论某一特定时间点的单个点，或者仅仅讨论几个点，不如看看汽车的位置是如何随时间变化的。现在，如果我们在一条线上跟踪所有点，这些点就会重叠在一起，我们无法看到它们。因此，如果我们为不同的时间制作线的副本，我们就可以看到汽车如何随时间移动。我们可以制作大量线的副本... 但让我们删除这些线，只保留一条线的副本作为参考... 这样我们就有了汽车位置随时间变化的“图形”。我们现在正在二维空间中跟踪汽车的位置 - 空间一维和时间一维。

你需要习惯看物体的运动图，并能够描述物体在做什么。所以，让我们来看一些简单的案例。

案例 1 - 物体静止 案例 2 - 物体持续朝同一方向运动。

我们可以有垂直线吗？线的陡峭程度代表什么？

速度和速率

速度 = 图上斜率的梯度。匀速直线运动。速度变化，线的梯度也变化。v = delta x / delta t

加速度

加速度 = 速度的变化。减速 = 对与运动方向相反的加速度的口语说法（不等于负加速度）。

非匀速运动

好吧，如果匀速运动是匀加速运动，那么非匀速运动就是非匀加速运动，这应该很明显。你拥有的方程

来自学习设计的相关要点

• 识别运动参数是向量还是标量
• 用图形、数值和代数方法分析匀加速直线运动

$v=u+at$, $v^{2}=u^{2}+2as$, $s=frac{1}{2}\left(u+v\right)t$, $s=ut+frac{1}{2}at^{2}$, $s=vt-frac{1}{2}at^{2}$

• 直线非匀速运动的图形分析