在生活中,直線運動與曲線運動随處可見,例如在公路上行駛的汽車就是在做直線運動,但它的四個輪胎卻是在做實打實的的曲線運動,也就是圓周運動,而且,汽車的實際速度都是按照做圓周運動的輪胎來計算的。那麼,物體做曲線運動與直線運動有怎樣的區别呢?
第一:速度的求法不同
物體做直線運動時,其速度的大小等于位移與經過的時間比值,即V=S/T。而物體做圓周運動時,其線速度的大小卻等于物體經過的弧長(路程)與時間的比值,即V=S/T。在這裡就要普及一下位移與路程的區别了。
位移是在地球上兩個點的直線距離,跟物體的運動軌迹無關。而路程則是物體的實際運動軌迹。我們知道,地球本身就是圓的,如果有一條鐵路連接着南極與北極,當火車在上面行駛的過程中,人們看着火車總是在做直線運動,而它實際上在做曲線運動。因此,人們規定,隻要物體在地球上沿着一個方向運動,那麼它所做的運動就是直線運動。
第二:勻速運動的内涵不同
當物體做勻速直線運動時,物體的速度與方向都沒有改變。當物體做勻速圓周運動時,物體的線速度大小不變,但物體的速度方向時刻在變,也就是說,物體做勻速圓周運動時,實質上物體在做變速運動。
第三:加速度的求法不同
我們知道,物體做直線運動時,其加速度等于單位時間内速度變化的量,即a=△V/△T。當物體做勻速直線運動時,速度的變化量為零,所以加速度為零。但是,當物體做勻速圓周運動時,物體的加速度就不能用速度的變化量與時間的比值來求解了。
因為,物體做勻速圓周運動時,是受到了一個指向圓心的力來使物體做勻速圓周運動,根據牛頓第一定律可知,物體隻要受到了力的作用,那麼這個力就能給物體一個加速度,這是這個加速度為物體的法向加速度,它隻能改變物體速度的方向,并不能改變物體速度的大小。
而當物體做平抛運動時,這種簡單的曲線運動下,物體的加速度就是重力加速度。因此,平抛運動是可以分解為豎直方向的自由落體運動和水平方向的勻速直線運動的。
第四:完全失重的本質是相同的
當人和電梯以重力加速度g一起向下運動時,此時人對電梯的壓力為零,人處于完全失重狀态。當人和空間站以重力加速度g做勻速圓周運動時,人對空間站的壓力也為零,此時人也處于完全失重狀态。因此,不管人是做直線運動還是曲線運動,其失重的本質就是人的加速度為重力加速度g。
第五:它們的内在聯系
根據本文開始所述就能得出如下結論,任何曲線運動都可以被微分成直線運動,這項理論基礎,不僅适用于數學,而且還廣泛的運用到物理學中,使其問題簡畫,從而幫助人們更好的理解萬物中的道理。
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