人休力學 位移和路程

2021-09-01 08:11:54 字數 993 閱讀 2489

位移和路程是我們在研究物體的機械運動中首先要碰到的兩個概念。由於這兩個概念比較相近,有一定的相似性,加上平時含糊說法的干擾,在遇到具體問題時,一些人常常把這兩個概忿混為一談。所以,我們有必要對這兩個概念加以分析、討論,以便能確切地理解它們的真實含義,明確它們的區別和聯絡。

在質點運動學中,所研究的物體可當作質點來看待,而高中物理研究的質點運動,主要是平面運動。質點在運動中,它的位置是隨時間而不斷改變的。例如有一質點作勻速圓周運動(如圖1-23),圓周的半徑是r,質點速度為v。設質點開始時在a點,經過一段時間δt沿圓弧c運動到b點。顯然,在δt時間內,質點的位置有了變化,物理上把質點的位置的改變稱作位移。圖中質點的位移可以用有向線段ab來表示,ab的長度表示位移的大小,箭頭的方向表示位移的方向,即位移的方向是由初始位置指向終點位置。位移不僅有大小,而且還有方向,它的加減遵循「平行四邊形法則」,故是個向量。位移向量通常用s表示。然而位移與路程是不同的物理量。路程(或路徑)是指質點運動時所經過的實際路徑(即軌跡)的長度,它只有大小,沒有方向,是個標量。在圖中,質點所經路程就是指圓弧段acb的長度。根據以上位移和路程的含義,不難知道,如質點從a點開始按逆時針方向沿圓弧d運動到b點,則質點的位移將仍是s,但路程卻是圓弧adb之長。更有甚者,如質點從a點開始沿圓周(不管是順時針方向還是逆時針方向)運動返回到a點,則質點的位移是零,而質點的路程卻是2πr(圓周之長)。

一般來說,在曲線運動中,質點通過的路程和位移大小是不等的,僅當質點沿直線作單向運動時,質點的路程才與質點的位移大小相等。當質點沿直線作往復運動(如振動)時,質點的路程與位移大小也不一定相等。關於其詳細情況,讀者可根據位移和路程的定義自作討論。概括起來講,位移是乙個描述在一定時間內質點位置變動大小和方向的物理量,是向量;而路程是乙個描述在一定時間內質點所經路程的總長度的物理量,是標量;位移加減遵循「平行四邊形法則」,而路程加減遵循「代數法則」;與同一位移相對應的路徑可以是初位置與終位置之間的任何一條曲線;曲線運動中,質點位移大小與路程總不相等;單向直線運動中,質點位移大小與路程相等;路程能「記憶」運動過程而位移一般不能「記憶」運動過程,特別是位移等於零的情況。

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