Distanță vs deplasare: Care este diferența și de ce contează (cu diagramă)

Fizica, la baza sa, este despre descrierea mișcării obiectelor prin spațiu în ceea ce privește poziția, viteza și accelerația lor în funcție de timp.

Pe măsură ce secolele au progresat și oamenii au extins puterea instrumentelor de observație la dispoziția lor, această căutare a învățării exactceobiectele fac în spațiul fizic șicanda crescut pentru a include obiecte extrem de mici, cum ar fi atomii și chiar componentele acestora, cu întregul domeniu al fizicii cuantice sau al mecanicii cuantice, care rezultă ca urmare.

Totuși, primele lucruri pe care le învață orice student la fizică sunt legile și ecuațiile de bază ale mecanicii newtoniene. Astfel, de obicei, începe cu mișcarea unidimensională și trece la mișcare în două dimensiuni (sus-jos și lateral-lateral) cum ar fi mișcarea proiectilului, introducând accelerația gravitațională unică a Pământului de 9,8 metri pe secundă pe secundă (Domnișoară²).

Odată ce ați devenit pricepuți să le utilizați în mod concertat în studiul mișcării și al naturii mecanicii clasice, veți fi dezvoltat o apreciere mai bună pentru diferențele care par banale la prima vedere, dar sunt de fapt altceva decât banale, cum ar fi diferența dintre

Distanța și deplasarea sunt în mod obișnuit termeni confuzi în fizică, care sunt importanți pentru a obține corect. Distanța este ocantitatea scalară, distanța totală parcursă de un obiect; deplasarea este ocantitatea vectorială, cea mai scurtă cale pe o linie dreaptă între poziția inițială și poziția finală.

Diferența dintre o cantitate vectorială și o cantitate scalară este că mărimile vectoriale includ informații despre direcție; cantitățile scalare sunt pur și simplu numere. „Jumătate-săgeți” deasupra unei variabile indică faptul că este o cantitate vectorială. Expresia deplasării totalerunei particule într-un plan de coordonate x, y, în notație vectorială, este:

Aici,eușijsunt „vectori unitari” în direcția x și respectiv y; acestea sunt utilizate pentru a desena componentele unei mărimi vectoriale date care indică o altă direcție decât o axă, iar propria lor magnitudine este 1 prin convenție.

Orice lucru care se mișcă în raport cu un cadru de referință fix este acoperirea distanței. O persoană care merge înainte și înapoi la 2 m / s, așteptând sosirea unui autobuz și care se întoarce continuu în același loc, are o viteză de 2 m / s, dar o viteză de 0. Cum este posibil acest lucru?

Fizicienii folosesc poziția inițială și finală pentru a calcula deplasarea unui obiect, care este doar cea mai scurtă cale de la poziția sa inițialăApână la poziția sa finalăb​ ​chiar dacă obiectul nu a luat această cale directă și dreaptă pentru a ajunge acolo. Deplasarea își asumă matematic forma d = x_f - X_eu, sau deplasarea orizontală este egală cu poziția finală minus poziția inițială).

Distanța parcursă este necesară pentru a calculaviteza medie(adică distanța totală pe o perioadă de timp). Atât distanța, cât și viteza sunt cantități scalare, deci se găsesc în mod natural împreună. Este necesară deplasarea pentru a găsipoziția finalăa unui obiect; ne spune nu numai distanța față de poziția de plecare, ci și direcția netă de deplasare.

Deoarece deplasarea este o mărime vectorială, aceasta, nu distanța, trebuie folosită pentru a găsi viteza medie, o altă mărime vectorială.Viteza medie este deplasarea totală a unui obiect pe o perioadă de timp.Dacă mergi cu bicicleta în jurul unui oval timp de o oră și parcurgi 20 de mile, viteza medie este de 20 mi / oră, dar viteza medie este zero din cauza lipsei de deplasare de la pornire poziţie.

Într-o notă similară, dacă indicatoarele rutiere ar include varietăți „LIMITĂ DE VELOCITATE” în ​​loc de soiuri „LIMITĂ DE VITEZĂ”, ar fi mult mai ușor să ieși dintr-un bilet de viteză. Tot ce trebuie să faceți este să vă asigurați că ați tras în același loc pe care v-a văzut-o prima dată ofițerul și ați putea susțineți că, distanța călătoriei dvs. deoparte, deplasarea dvs. este în mod clar zero, redând viteza dvs. zero definiție. (Bine, poate că nu este o idee atât de bună din diferite motive!)

Luați în considerare următoarele scenarii:

• O mașină conduce trei blocuri spre nord și patru blocuri spre est. Totaluldistanţăobiectul se deplasează este de 4 + 3 = 7 blocuri. Dar totaluldeplasareeste cea mai mică distanță de unde începe și își termină mașina, care este o linie diagonală, ipotenuza unui triunghi dreptunghiular cu picioarele 3 și 4. Din teorema lui Pitagora, 3² + 4² = 25, deci lungimea hipotenuzei este rădăcina pătrată a acestei valori, care este 5. Vectorul de deplasare indică de la poziția inițială la poziția finală.

• O persoană merge spre nord de la casa sa 100 de metri până la parc, apoi se întoarce acasă înainte de a continua 20 de metri spre sud pentru a verifica poșta. Un ceas FitBit sau GPS ar indica o distanță totală parcursă de 100 m + 100 m + 20 m = 220 m. Dar dacă punctul de plecare este casa situată la origine (punctul 0, 0 pe un plan de coordonate) și poziția finală este cutia poștală, care este la (0, -20), persoana ajunge la doar 20 de metri distanță de unde a început, făcând deplasarea totală -20 m.

Semnul negativ este important deoarece s-a ales un cadru de referință pentru a situa parcul în direcția pozitivă pe axa x. Ar fi putut fi aranjat contrar, caz în care deplasarea persoanei ar fi de + 20 m în loc de -20 m.

• Un atlet aleargă 10 km pe o pistă standard de 400 de metri înainte de micul dejun (25 de ture).

Ce estedistanta totalaau calatorit? (10 kilometri.)

Ce estedeplasare totală?(0 m, deși reamintirea acestui alergător după cursă poate fi neînțeleaptă!) 

Specificarea poziției unui obiect în spațiu este un punct de plecare pentru nenumărate probleme de fizică. În cea mai mare parte, exercițiile de început și cele intermediare utilizează unidimensional (numai x) sau bidimensional (x și y) sisteme care să împiedice problemele să fie excesiv de dificile, dar principiile se extind la spațiul tridimensional ca bine.

O particulă care se deplasează în spațiul bidimensional poate fi atribuită coordonatelor x și y pentru poziția sa, rata de schimbare a poziției (vitezav) și rata sa de schimbare a vitezei (accelerațieA). Timpul, desigur, este etichetatt​.

O mare parte din fizica clasică se bazează pe ecuațiile care descriu mișcarea derivată de marele om de știință și de matematicianul Isaac Newton. Legile mișcării lui Newton sunt pentru fizică ceea ce ADN este pentru genetică: ele conțin cea mai mare parte a poveștii și sunt esențiale pentru aceasta.

​Prima lege a lui Newtonafirmă că fiecare obiect va rămâne în repaus sau în mișcare uniformă în linie dreaptă, cu excepția cazului în care este acționat de o forță externă.A doua lege a lui Newtoneste probabil cel mai puțin bine recunoscut dintre cele trei de către publicul larg, deoarece nu poate fi redus cu ușurință la o frază simplă și afirmă în schimb cănet​ ​forța este egală cu produsul masei și al accelerației​:

A treia lege prevede că fiecare acțiune (adică forța) din natură are o reacție egală și opusă.

Poziția unui obiect la viteză constantă este reprezentată de o relație liniară:

unde x₀ este deplasarea la timpul t = 0.

Acest lucru capătă o importanță mai mare în fizica avansată, dar este important să subliniem faptul că atunci când fizicienii declară că ceva este „în mișcare ", înseamnă cu privire la un sistem de coordonate sau la un alt cadru de referință fixat în raport cu variabilele din problemă. De exemplu, este corect să spunem că dacă limita de viteză a unui drum este de 100 km / oră, aceasta înseamnă că Pământul însuși, deși în mod clar nu este staționar în termeni absoluți, este tratat ca atare în context.

Albert Einstein este cel mai bine cunoscut pentru teoria sa relativității, iar ideea sa de relativitate specială a fost una dintre cele mai inovatoare din istoria gândirii moderne. Fără a încorpora cadre de referință în opera sa, Einstein nu ar fi fost capabil să adapteze ecuațiile lui Newton la începutul secolului al XX-lea pentru a se potrivirelativistparticule, care se ocupă de viteze foarte mari și mase mici.