运动
yùn dòng
运动是物体的位置随时间发生的变化,需相对于选定的参照点来测量。
Definition
运动是指物体所在的位置发生了变化:如果某物现在所处的位置和刚才不同,它就在运动。更严格地说,运动是位置相对于所选参照点随时间发生的变化,科学家用距离、位移、速率、速度和加速度来描述它。用更正式的说法,运动由物体的位置矢量 $\vec{r}(t)$ 在选定参考系中随时间的变化来刻画。它的一阶导数是速度,$\vec{v} = d\vec{r}/dt$,二阶导数是加速度,$\vec{a} = d\vec{v}/dt$。运动学只描述运动本身而不追问其原因,动力学则通过牛顿定律把运动与引起它的力联系起来。
Example
一辆驶离路边的校车处于运动状态,因为它相对旁边的停车标志改变了位置。一名从 $0\ \text{m}$ 处起跑、$12.5\ \text{s}$ 后到达 $100\ \text{m}$ 处的跑步者,位置改变了 $100\ \text{m}$,因此她的平均速率为 $100 \div 12.5 = 8\ \text{m/s}$。为了更完整地说明,考虑一个从 $4.9\ \text{m}$ 高处以 $6\ \text{m/s}$ 的水平速度抛出的小球,它遵循 $x(t) = 6t$ 和 $y(t) = 4.9 - 4.9t^2$。当 $y = 0$ 时它落地,此时 $t = 1\ \text{s}$,水平方向共移动了 $6\ \text{m}$。两个方向互不影响,这正是为什么这类运动被拆成两个独立的一维问题来分析。
Key Insight
只有通过与别的东西比较,才能判断某物是否在运动:坐在公交车上一动不动的乘客,相对道路而言是运动的,相对座位而言却不是。运动在这个意义上处处都是相对的。地球一边自转一边绕太阳公转,但你桌上的书却是"静止"的,因为你和书处在同一个参考系中。伽利略的相对性原理把这一点讲得很精确:在一个平稳运动的舱室内,任何实验都无法察觉出这种匀速运动。不存在绝对静止的参考系,因此"运动"永远意味着"相对于某物而运动"。