VCE 物理/第二單元/學習領域 1/運動學 (物體如何運動)

引言

運動學實際上只是一個“運動”的華麗說法。你可以指責物理學家為了顯得聰明而編造了一些華麗的詞語，或者在你試圖學習物理的時候故意讓你困惑。然而，使用“運動學”這個詞語隱含著額外的意義，即我們不僅僅是要像日常生活中那樣談論運動（“嘿，我今天步行去商店了！”），而是要理解可以用來描述運動的數學。此外，我們專門使用“運動學”來描述對物體如何運動的研究，而不必擔心它們為什麼運動或改變它們的運動（見“動力學”部分）。這可能聽起來不可能，但事實證明，所有的運動都是一樣的，從這個意義上說，我們可以使用相同的數學來描述任何運動，無論它是我們扔出的球，由發動機驅動的汽車，還是重力使蘋果掉落。然而，數學可能會變得非常複雜。因此，在本課程中，我們只處理一維（1D）的運動學。這意味著我們只需要一個數字來描述物體的 位置。例如，這可能涉及一列火車在一條筆直的鐵軌上上下移動，一輛汽車在一條筆直的公路上行駛。你能想到其他一維運動的例子嗎？

位置、距離和位移

因此，如果我們有一維情況，使用數學來描述物體的位置相對簡單。想象一輛汽車在一條筆直的公路上行駛。我們將定義一個軸（一條帶數字的線）。我們將使用字母 x 來表示這個軸。我們首先定義一個原點（我們稱之為零的位置）。然後我們決定哪邊是正數，哪邊是負數。我們定義一個比例... 我們將使用 m。見下圖。

在任何時間點，我們都可以給出 x 的值，也就是汽車在 x 軸上的位置。

等等。

時間

與其僅僅討論某一特定時間點的單個點，或者僅僅討論幾個點，不如看看汽車的位置是如何隨時間變化的。現在，如果我們在一條線上跟蹤所有點，這些點就會重疊在一起，我們無法看到它們。因此，如果我們為不同的時間製作線的副本，我們就可以看到汽車如何隨時間移動。我們可以製作大量線的副本... 但讓我們刪除這些線，只保留一條線的副本作為參考... 這樣我們就有了汽車位置隨時間變化的“圖形”。我們現在正在二維空間中跟蹤汽車的位置 - 空間一維和時間一維。

你需要習慣看物體的運動圖，並能夠描述物體在做什麼。所以，讓我們來看一些簡單的案例。

案例 1 - 物體靜止 案例 2 - 物體持續朝同一方向運動。

我們可以有垂直線嗎？線的陡峭程度代表什麼？

速度和速率

速度 = 圖上斜率的梯度。勻速直線運動。速度變化，線的梯度也變化。v = delta x / delta t

加速度

加速度 = 速度的變化。減速 = 對與運動方向相反的加速度的口語說法（不等於負加速度）。

非勻速運動

好吧，如果勻速運動是勻加速運動，那麼非勻速運動就是非勻加速運動，這應該很明顯。你擁有的方程

來自學習設計的相關要點

• 識別運動引數是向量還是標量
• 用圖形、數值和代數方法分析勻加速直線運動

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

• 直線非勻速運動的圖形分析