Attālums pret pārvietošanos: kāda ir atšķirība un kāpēc tas ir svarīgi (ar diagrammu)

Fizika pamatā ir objektu kustības aprakstīšana telpā, ņemot vērā to atrašanās vietu, ātrumu un paātrinājumu kā laika funkciju.

Gadsimtu gaitā un cilvēkiem paplašinot viņu rīcībā esošo novērošanas rīku spēku, šī tiekšanās mācīties precīzikasobjekti dara fiziskajā telpā unkadir pieaudzis, iekļaujot ārkārtīgi mazus objektus, piemēram, atomus un pat to komponentus, kā rezultātā rodas viss kvantu fizikas vai kvantu mehānikas lauks.

Tomēr pirmās lietas, ko mācās fizikas students, ir Ņūtona mehānikas pamatlikumi un vienādojumi. Tādējādi parasti sākas ar viendimensiju kustību un pāriet uz kustību divās dimensijās (augšup uz leju un no sāniem uz otru). piemēram, šāviņu kustība, ieviešot Zemes unikālo gravitācijas paātrinājumu 9,8 metri sekundē sekundē (jaunkundze²).

Kad būsiet prasmīgi tos izmantot kopā, pētot kustību un klasiskās mehānikas būtību, jūs būsiet attīstījies labāk novērtēt atšķirības, kas no pirmā acu uzmetiena šķiet niecīgas, bet patiesībā ir jebkas, izņemot niecīgas, piemēram, atšķirība starpattālumsunpārvietošana​.

Attālums un nobīde fizikā ir bieži sajaukti termini, kas ir svarīgi pareizībai. Attālums ir askalārais daudzums, kopējais objekta nobrauktais attālums; pārvietošana ir avektora daudzums, īsākais ceļš taisnā līnijā starp sākuma un galīgo stāvokli.

Atšķirība starp vektora lielumu un skalāru lielumu ir tāda, ka vektoru lielumi ietver informāciju par virzienu; skalāri lielumi ir vienkārši skaitļi. "Puses bultiņas" virs mainīgā norāda, ka tas ir vektora lielums. Izteikums kopējai pārvietošanairdaļiņas x, y koordinātu plaknē vektora apzīmējumā ir:

Šeit,iunjir "vienības vektori" attiecīgi x un y virzienā; tos izmanto, lai uzzīmētu noteiktā vektora daudzuma komponentus, kas norāda virzienā, kas nav ass, un to pašu lielums pēc vienošanās ir 1.

Viss, kas pārvietojas attiecībā pret fiksētu atskaites rāmi, aptver attālumu. Personai, kas staigā turp un atpakaļ ar ātrumu 2 m / s un gaida autobusa atnākšanu un nepārtraukti atgriežas tajā pašā vietā, ātrums ir 2 m / s, bet ātrums 0. Kā tas ir iespējams?

Fiziķi izmanto sākotnējo un galīgo stāvokli, lai aprēķinātu objekta pārvietojumu, kas ir tikai īsākais ceļš no tā sākotnējās pozīcijasalīdz galīgajai nostājaib​ ​pat ja objekts nav devies pa šo tiešo, taisno ceļu, lai tur nokļūtu. Pārvietojums matemātiski pieņem formu d = x_f - x_ivai horizontālā nobīde ir vienāda ar galīgo stāvokli mīnus sākotnējā pozīcija).

Lai aprēķinātu, ir nepieciešams nobrauktais attālumsVidējais ātrums(t.i., kopējais attālums noteiktā laika posmā). Gan attālums, gan ātrums ir skalāri lielumi, tāpēc tie dabiski atrodas kopā. Pārvietošana ir nepieciešama, lai atrastugalīgā pozīcijaobjekta; tas norāda ne tikai attālumu no sākuma stāvokļa, bet arī neto braukšanas virzienu.

Tā kā pārvietojums ir vektora lielums, vidējā ātruma, cita vektora lieluma, atrašanai jāizmanto tas, nevis attālums.Vidējais ātrums ir objekta kopējā nobīde noteiktā laika posmā.Ja stundu braucat ar velosipēdu ap ovālu un veicat 20 jūdzes, jūsu vidējais ātrums ir 20 mi / h, bet jūsu vidējais ātrums ir nulle, jo no sākuma nav nobīdes pozīciju.

Līdzīgi, ja ceļa zīmēs “SPEED LIMIT” šķirņu vietā būtu “VELOCITY LIMIT”, būtu daudz vieglāk izkļūt no ātruma pārsniegšanas biļetes. Viss, kas jums jādara, ir pārliecināties, ka esat pārcēlies tajā pašā vietā, kur virsnieks jūs pirmo reizi pamanīja, un jūs to varētu izdarīt apgalvojiet, ka, ja esat nobraucis no brauciena attāluma, jūsu pārvietošanās ir skaidri nulle, padarot ātrumu par nulli definīcija. (Labi, varbūt dažādu iemeslu dēļ nav tik laba ideja!)

Apsveriet šādus scenārijus:

• Automašīna brauc trīs kvartālus uz ziemeļiem un četrus kvartālus uz austrumiem. Kopāattālumsobjekta ceļojums ir 4 + 3 = 7 bloki. Bet kopējaispārvietošanair īsākais attālums no vietas, kur automašīna sākas un beidz savu braucienu, kas ir diagonāla līnija, taisnleņķa trīsstūra ar 3 un 4 kājas hipotenūza. No Pitagora teorēmas 3² + 4² = 25, tātad hipotenūzas garums ir šīs vērtības kvadrātsakne, kas ir 5. Pārvietojuma vektors norāda no sākuma stāvokļa uz galīgo stāvokli.

• Persona iet uz ziemeļiem no savas mājas 100 metrus līdz parkam un pēc tam atgriežas mājās, pirms turpina 20 metrus uz dienvidiem, lai pārbaudītu pastu. FitBit vai GPS pulkstenis norādītu kopējo nostaigāto attālumu 100 m + 100 m + 20 m = 220 m. Bet, ja sākuma punkts ir māja, kas atrodas sākumpunktā (0, 0 punkts koordinātu plaknē), un galīgā pozīcija ir pastkastīti, kas atrodas (0, −20), persona nonāk tikai 20 metru attālumā no vietas, kur sākusies, un kopējā pārvietošanās ir −20 m.

Negatīvā zīme ir svarīga, jo tika izvēlēts atskaites punkts, lai novietotu parku pozitīvajā virzienā uz x ass. Tas varēja būt sakārtots pretēji, tādā gadījumā personas pārvietošanās būtu + 20 m, nevis −20 m.

• Sportists pirms brokastīm (25 apļi) noskrien 10 km standarta 400 metru trasē.

Kas irkopējais attālumsviņi ceļoja? (10 kilometri.)

Kas irkopējā pārvietošana?(0 m, lai gan atgādināt skrējējam to pēc sacensībām var būt neprātīgi!) 

Objekta atrašanās vietas noteikšana kosmosā ir sākums neskaitāmām fizikas problēmām. Sākuma un starpposma vingrinājumos lielākoties tiek izmantoti viendimensionāli (tikai x) vai divdimensiju (x un y). sistēmas, lai problēmas nebūtu pārāk sarežģītas, bet principi attiecas arī uz trīsdimensiju telpu kā labi.

Daļiņai, kas pārvietojas divdimensiju telpā, var piešķirt x- un y-koordinātas tās atrašanās vietai, tās pozīcijas maiņas ātrumam (ātrumamv) un tā ātruma izmaiņu ātrumu (paātrinājumsa). Laiks, protams, ir apzīmētst​.

Liela daļa klasiskās fizikas paļaujas uz vienādojumiem, kas apraksta kustību, ko ieguva lielais zinātnieks un matemātiķis Īzaks Ņūtons. Ņūtona kustības likumi attiecas uz fiziku, kas DNS ir ģenētika: tie satur lielāko daļu stāsta un ir tam būtiski.

​Ņūtona pirmais likumspaziņo, ka katrs objekts paliks mierā vai vienmērīgā kustībā taisnā līnijā, ja vien uz to nerīkosies ārējs spēks.Ņūtona otrais likumsplaša sabiedrība, iespējams, ir vismazāk atzīta no trim, jo ​​to nevar viegli reducēt uz vienkāršu frāzi, un tā vietā apgalvo, katīkls​ ​spēks ir vienāds ar masas un paātrinājuma reizinājumu​:

Trešais likums nosaka, ka katrai darbībai (t.i., spēkam) dabā ir vienāda un pretēja reakcija.

Objekta stāvokli nemainīgā ātrumā attēlo lineāra sakarība:

kur x₀ ir pārvietojums laikā t = 0.

Tas iegūst lielāku nozīmi progresīvajā fizikā, taču ir svarīgi uzsvērt, ka tad, kad fiziķi paziņo, ka kaut kas ir "iekšā" kustība ", tie nozīmē attiecībā uz koordinātu sistēmu vai citu atsauces ietvaru, kas ir fiksēts attiecībā pret mainīgajiem problēmu. Piemēram, ir pareizi teikt, ka, ja ceļa ātruma ierobežojums ir 100 km / h, tas nozīmē, ka pati Zeme, lai arī absolūti izteiksmē tā acīmredzami nav nekustīga, kontekstā tiek uzskatīta par tādu.

Alberts Einšteins ir vislabāk pazīstams ar savu relativitātes teoriju, un viņa īpašā relativitātes ideja bija viena no revolucionārākajām mūsdienu domāšanas vēsturē. Neiekļaujot atsauces ietvarus savā darbā, Einšteins nebūtu spējis pielāgot Ņūtona vienādojumus 20. gadsimta sākumā, lai tie atbilsturelatīvistisksdaļiņas, kas tiek galā ar ļoti lielu ātrumu un mazu masu.