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回复:闲聊物理学

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现在,我们重新给出速度的定义:v=dr/dt,请注意,这其中的r是矢量,因此速度v仍然是矢量,但它的大小和方向随时可以改变,其方向并不和r一致,而是和r的改变方向,也就是dr的方向一致,也就是说在某一瞬间位置向什么方向变化,那么速度的方向就是它了。
根据导数的概念,那么速度v就是某一时刻位置的变化率,这就是速度的真正含义。
你看,在矢量代数之后,我又把微积分扯进来了。
这没有办法,如果撇开微积分可以说明白物理概念,对物理学感兴趣的牛顿就不会去折腾微积分了。
但你不要被微积分这三个字吓住,它没有什么了不起的。


30楼2016-01-29 11:03
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    把时间划分为无限小的数值,你当然就没办法直接计算了,这个问题数学自然有办法解决。但我在这里并不打算讲导数具体怎么计算,那是数学的事情,不是这里的话题。
    我是作为一个描述语言工具引入导数概念的,你只需要明白导数符号代表了什么,就能够看明白我在说什么了,那么,至少在我这里,你的导数知识就已经够用了。
    这么说吧,现在要我去计算导数,我也需要查公式才行了,当初老师教的我基本上忘记了,但我没有忘记导数的描述意义,所以我看见导数符号时完全能够理解它在说什么。
    v=dr/dt,你现在能够看明白它是什么意思吗?如果能够看明白,你就可以继续了,如果看不明白,那么请回头再看看前面的讲述,直到能够看明白为止。


    31楼2016-01-29 11:04
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      好吧,在定义了瞬时速度后,我们就真正的有了一个能够代表某个物体运动状态的描述概念了,它的大小代表位置变化的快慢,它的方向就是位置的瞬间改变方向,因此,这个概念不仅允许用在运动的快慢是变化的情况,同样也允许用在运动的方向随时变化的情况。
      现在,我们再来讨论一下,速度有没有可能瞬间跳变,即没有任何过程,突然就从一个数值变为另一个数值,或者突然从一个方向变为另一个方向?
      这个肯定不符合我们的经验,比如,汽车起步的时候,我们总能够观察到一个由慢到快的过程,不可能发现它一瞬间就跑起来了。
      后面的进一步讨论中,你也会明白,速度是瞬间跳变是理论上就根本不可能的事情。
      那就是说,速度的变化,不管是大小变化还是方向变化或者是两者同时变化,都需要一个过程。


      32楼2016-01-29 11:23
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        既然是一个过程,那就有快慢的差别,我们就再定义一个物理概念来描述它。
        虽然速度的变化快慢也可以用平均值来表示,但我们这一次不再先定义平均概念再改为瞬时概念了,因为我们有了导数工具,可以直接定义了。a=dv/dt,这次你应该可以看明白它的意思了吧?这里的a称为加速度,定义为瞬时的速度变化率。
        加速度也是矢量,它的大小代表速度改变的快慢,它的方向仍然不等于速度的方向,而是和dv的方向一致,也就是和速度改变的方向是一致的。
        比如,如果速度的大小改变而方向不变,那么dv的方向就和v的方向一致或者相反,如果速度的大小不变而方向改变,那么dv的方向一定和v的方向垂直。如果两者同时改变,dv的方向就是斜着的了。这就是分析加速度方向的原则。
        由于速度是位置的时间导数,那么加速度就可以对位置函数做两次时间导数来得到。
        两次求导在数学里称为二阶导数,符号是d2r/dt2。注意两个平方符号所在的位置哟,别弄错了。


        33楼2016-01-29 11:38
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          现在,我们已经定义了四个物理量或者说四个物理概念,位置是一个准备性概念,提供讨论的基础,位移是运动的结果,速度表示运动的瞬时状态,加速度则代表了运动状态的改变。
          四个物理量都是矢量,其中后面两个还是用导数定义的,这已经是大学里的定义方式了,如果你到现在还没有晕过去,那么你已经可以自豪的宣布,至少在理解上,你的物理学概念已经是大学本科水平了。
          有了这四个概念,你已经可以做一些计算了,比如在已经知道速度的情况下,你可以计算某个时间段的位移,如果速度恒定,那么你用中学的数学工具就能够计算出来,如果速度是一个随时间改变的函数,那么你就需要微积分中的定积分工具了,这个你现在不用管。
          另外,在已经知道加速度的情况下,你也可以计算速度或者位移的数据,同样的,如果是恒定加速度,你用中学数学知识就可以解决,否则你需要微积分知识才算得出来。
          中学里针对匀速直线运动和匀加速直线运动的计算,就是在只定义了这四个物理量的情况下进行的。
          在物理学知识体系里,这几个概念的定义,加上相关的计算,被划分为力学中的运动学部分。


          34楼2016-01-29 11:39
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