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第八章:运动

Motion

8–1 运动的描述

用函数或图像记录点随时间的位置变化:s=f(t)。示例: 自由落体 s=16t²(英制),曲线为抛物线。

暂以一维近似,忽略微观量子与相对论细节,聚焦宏观运动的基本量化。

8–2 速度:极限定义与微积分的诞生

瞬时速度是“极短时间内位移/时间”的极限:

v = lim_{Δt→0} Δs/Δt = ds/dt

源于 Zeno 悖论与速度定义的困难;牛顿与莱布尼茨发展出微分学。

8–3 导数记号与求导例子

若 s=16t²,则 v=ds/dt=32t。一般函数 s=At³+Bt+C ⇒ v=3At²+B。

常用求导规则:和、常数倍、幂函数、积的求导等。

8–4 距离作为积分

已知速度表 v(t),路程为速度对时间的积分:

s = ∫ v(t) dt

积分是求和的极限,数值积分可用短时间片累计近似。

8–5 加速度与三维运动

加速度 a=dv/dt=d²s/dt²。恒加速度自由落体:v=gt,s=½gt²。

v = (v_x^2+v_y^2+v_z^2)^{1/2};v_x=dx/dt,a_x=dv_x/dt

复合运动:水平匀速 + 竖直恒加速度 ⇒ 抛物线 y=−(g/2u²) x²。

核心要点