位移與速度,在某種程度上來說,都能直觀反應宏觀物體的運動狀态,兩者都是即有大小又有方向的适量,物體的速度在變,物體的位移不一定改變。而物體的位移發生改變,物體的速度也不一定發生改變。但兩者任何一者發生改變,物體的時間都會變,也就是說,時間是不受位移與速度支配的,但是它們三者之間确實存在着某種聯系。
首先來看最簡單的位移時間圖與速度時間圖吧!
在位移時間圖與速度時間圖中,平行與時間T軸的物理意義是不一樣的,但直線的斜率都為零,但表示的物理意義又有不同,這在中學的物理中是非常容易令人混淆的。
在左圖中,當位移平行于時間軸時,說明物體一直處于靜止狀态,也就是說,不管時間怎麼變,物體的運動狀态是不會改變的。要想改變物體的運動狀态,就必須給物體施加力,但是,力不是維持物體運動的原因,而是改變物體運動狀态的因素。關于這一點,我在後面會詳細介紹,在此就不累贅了。
在右圖中,當時間平行于時間軸時,說明物體在做勻速運動。也就是說,不管時間怎麼變,物體将會一直沿着那個初速度運動下去。當然,在實際生活過程中,這種現象是很難發生的。
在左右兩圖中,我們取任意時刻為T,。就會有平行于時間軸的線于時間軸形成一個封閉的長方形。在右圖中,封閉的長方形的面積等于物體的位移量,其方向與速度的方向相同,這是由位移S=V*T的公式可以算出來的。
而在左圖中,封閉的長方形的面積沒有實際意義,故而不做說明。
第二:将位移時間圖與速度時間圖進行有規律的引申
對于這兩個圖,人們可能更能直觀的看出斜線A與斜線B的斜率。在左圖位移時間圖中,斜線A的斜率等于速度,而且此時的物體在做勻速直線運動,其大小等于位移/時間。在右圖中速度與時間圖中,斜線B的斜率等于加速度,即物體在相等的時間内其速度的增量相等,用公式可以表述為a=△V/△T。此時的物體在做勻加速直線運動,自由落體的運動就可以用右圖進行反應出來。
我們接着在時間軸上取某一時刻為T,。在左圖中,T,A、0所圍成的三角形的面積同樣沒有實際意義,而T,時刻對應的位移量即為物體的實際位移量。而在右圖中,我們在時間軸上取某一時刻為T,。則三角形的T,B、0圍成的面積即為物體的位移量。由三角形的面積公式可知,S=1/2a*h。其中a為三角形的底邊,h為三角形的高。
由三角形數學的公式就可以看出,物體移動的位移S=1/2OT,*BT,。即位移S=1/2V,*T,。其中,V,對應的是物體在T,時的瞬時速度。而又因為物體在做初速度為零的勻加速直線運動,則有加速度a=V,/T,,所以V,=a*T,。将此公式帶入到位移S=1/2V,*T,中,可以發現,物體在T,時間内的位移量為S=1/2aT,²。
第三種情況:物體做初速度不為零的勻加速直線運動
在左圖中,在S'以前,物體一直處于靜止狀态,在S'後物體才處于勻速直線運動狀态,在左圖中,有很多人容易混淆的是,他們認為物體運動了一段位移S'後才開始計時的,顯然,這種觀念是錯誤的。
而在右圖中,表示物體在做初速度為V'的勻加速直線運動。此時梯形圖的面積OT'BV'即為物體在運動了一段時間T'後的位移,即位移S=VT' 1/2aT'²。
第四種情況:反向運動
在左圖中,表示物體在沿着與假定正方向的反向方向運動。關于左圖的物理含義,我們隻需知道位移是兩個點之間的距離就行,與物體的運動軌迹無關。在右圖中,表示物體在做初速度為零的勻減速運動。在右圖中,物體的位移量S=1/2V'*T',此時的位移量隻跟初速度有關,跟物體的末速度沒有任何關系。
好了,本節就到了這裡了。
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