Razdalja proti izpodrivanju: Kakšna je razlika in zakaj je to pomembno (z diagramom)

V svojem jedru fizika opisuje gibanje predmetov skozi vesolje z vidika njihovega položaja, hitrosti in pospeška kot funkcije časa.

Ko so stoletja napredovala in so ljudje širili moč opazovalnih orodij, ki so jim bila na voljo, je to prizadevanje za natančno učenjekajpredmeti počnejo v fizičnem prostoru inkdajje zrasel tako, da vključuje izredno majhne predmete, kot so atomi in celo njihove komponente, s celotnim področjem kvantne fizike ali kvantne mehanike, ki je nastalo kot rezultat.

Kljub temu so prve stvari, ki se jih nauči vsak študent fizike, osnovni zakoni in enačbe Newtonove mehanike. Tako se običajno začne z enodimenzionalnim gibanjem in preide na gibanje v dveh dimenzijah (od zgoraj navzdol in od strani do strani) kot je gibanje izstrelka, ki uvaja edinstven zemeljski gravitacijski pospešek 9,8 metra na sekundo na sekundo (gospa²).

Ko boste usposobljeni za njihovo skupno uporabo pri preučevanju gibanja in narave klasične mehanike, se boste razvili boljše razumevanje razlik, ki se na prvi pogled zdijo nepomembne, v resnici pa vse prej kot nepomembne, na primer razlika med

Razdalja in premik sta v fiziki pogosto zmedena izraza, ki sta pomembna za pravilnost. Razdalja je askalarna količina, skupna prevožena razdalja predmeta; premik je avektorska količina, najkrajša pot v ravni črti med začetnim in končnim položajem.

Razlika med vektorsko in skalarno količino je v tem, da vektorske količine vključujejo informacije o smeri; skalarne količine so preprosto številke. "Pol puščice" nad spremenljivko pomenijo, da gre za vektorsko količino. Izraz za celoten premikrdelca v koordinatni ravnini x, y v vektorskem zapisu je:

Tukaj,jazinjso "enotni vektorji" v smeri x in y; ti se uporabljajo za risanje komponent dane vektorske količine, ki kaže v smeri, ki ni os, njihova lastna velikost pa je po dogovoru 1.

Vse, kar se premika glede na fiksni referenčni okvir, pokriva razdaljo. Oseba, ki koraka naprej in nazaj z hitrostjo 2 m / s, čaka na avtobus in se nenehno vrača na isto mesto, ima hitrost 2 m / s, a hitrost 0. Kako je to mogoče?

Fiziki uporabljajo začetni in končni položaj za izračun premika predmeta, ki je le najkrajša pot od začetnega položajaado končnega položajab​ ​tudi če predmet ni šel po tej neposredni, premici, da bi prišel tja. Premik matematično prevzame obliko d = x_f - x_jaz, ali vodoravni premik je enak končnemu položaju minus začetni položaj).

Za izračun je potrebna prevožena razdaljaPovprečna hitrost(tj. skupna razdalja v določenem časovnem obdobju). Tako razdalja kot hitrost sta skalarni količini, zato jih naravno najdemo skupaj. Premik je potreben za iskanjekončni položajpredmeta; ne pove le razdalje od začetnega položaja, temveč tudi neto smer vožnje.

Ker je premik vektorska količina, je treba za iskanje povprečne hitrosti uporabiti drugo vektorsko količino, ne pa razdalje.Povprečna hitrost je skupni premik predmeta v določenem časovnem obdobju.Če se eno uro vozite s kolesom okoli ovalne ploskve in prevozite 20 milj, je vaša povprečna hitrost 20 mi / h, vendar je vaša povprečna hitrost enaka nič zaradi premajhnega premika od začetka položaj.

Podobno bi bilo, če bi cestni znaki namesto sort "SPEED LIMIT" vključevali "OMEJITEV HITROSTI", bi bilo veliko lažje priti iz vozovnice za prehitro vožnjo. Vse kar morate storiti je, da se prepričate, da ste prišli na isto mesto, kjer vas je policist prvič opazil, in bi lahko trdite, da je razdalja potovanja očitno enaka nič, kar pomeni, da je vaša hitrost enaka nič opredelitev. (V redu, mogoče iz različnih razlogov ni tako dobra ideja!)

Upoštevajte naslednje scenarije:

• Avto vozi tri ulice severno in štiri bloke vzhodno. Skupajrazdaljapotovanje predmeta je 4 + 3 = 7 blokov. Toda skupajpremikje najkrajša razdalja od mesta, kjer se avto začne in konča, kar je diagonalna črta, hipotenuza pravokotnega trikotnika z krakoma 3 in 4. Iz pitagorejskega izreka, 3² + 4² = 25, torej je dolžina hipotenuze kvadratni koren te vrednosti, ki je 5. Vektor premika kaže iz začetnega v končni položaj.

• Oseba hodi severno od svoje hiše 100 metrov do parka in se nato vrne domov, preden nadaljuje 20 metrov proti jugu, da preveri pošto. Ura FitBit ali GPS bi kazala skupno prevoženo razdaljo 100 m + 100 m + 20 m = 220 m. Če pa je izhodišče hiša, ki se nahaja na izhodišču (točka 0, 0 na koordinatni ravnini) in je končni položaj nabiralnik, ki je pri (0, −20), konča oseba le 20 metrov stran od mesta, kjer je začela, tako da je celotni premik −20 m.

Negativni znak je pomemben, ker je bil izbran referenčni okvir za umestitev parka v pozitivno smer na osi x. Lahko bi bilo urejeno obratno, v tem primeru bi bil premik osebe + 20 m namesto -20 m.

• Športnik pred zajtrkom (25 krogov) preteče 10 km po standardni 400-metrski progi.

Kaj jeskupna razdaljaso potovali? (10 kilometrov.)

Kaj jeskupni premik?(0 m, čeprav je opomniti tekača na to po dirki morda nespametno!) 

Določitev položaja predmeta v vesolju je izhodišče za nešteto fizikalnih problemov. Začetne in vmesne vaje večinoma uporabljajo enodimenzionalne (samo x) ali dvodimenzionalne (x in y) sistemov, da težave ne bi bile preveč težke, vendar se načela razširijo na tridimenzionalni prostor, kot no.

Delcu, ki se premika v dvodimenzionalnem prostoru, lahko dodelimo koordinati x in y za svoj položaj, hitrost spremembe položaja (hitrostv) in hitrost spremembe hitrosti (pospešeka). Čas je seveda označent​.

Veliko klasične fizike se opira na enačbe, ki opisujejo gibanje velikega znanstvenika in matematika Isaaca Newtona. Newtonovi zakoni gibanja so za fiziko tisto, kar je DNK za genetiko: vsebujejo večino zgodbe in so zanjo bistveni.

​Newtonov prvi zakondoloča, da bo vsak predmet miroval ali enakomerno gibal po ravni črti, razen če nanj deluje zunanja sila.Newtonov drugi zakonje širša javnost morda najmanj dobro prepoznala od treh, ker je ni mogoče enostavno zreducirati na preprosto besedno zvezo in namesto tega trdi, damreža​ ​sila enaka zmnožku mase in pospeška​:

Tretji zakon določa, da ima vsako dejanje (torej sila) v naravi enak in nasproten odziv.

Položaj predmeta s konstantno hitrostjo predstavlja linearno razmerje:

kjer je x₀ je premik v času t = 0.

To dobiva večji pomen v napredni fiziki, vendar je pomembno poudariti, da ko fiziki izjavijo, da je nekaj "notri" gibanje "pomenijo glede na koordinatni sistem ali drug referenčni okvir, ki je določen glede na spremenljivke v problem. Na primer, pošteno je reči, da če je omejitev hitrosti ceste 100 km / h, to pomeni, da se Zemlja sama, čeprav v absolutnem smislu očitno ne miruje, kot taka obravnava v kontekstu.

Albert Einstein je najbolj znan po svoji teoriji relativnosti, njegova posebna relativnostna ideja pa je bila ena najbolj prelomnih v zgodovini moderne misli. Brez vključitve referenčnih okvirov v svoje delo Einstein ne bi mogel prilagoditi Newtonovih enačb v začetku 20. stoletja, da bi ustrezalrelativističnidelci, ki se spopadajo z zelo velikimi hitrostmi in majhnimi masami.