参照点

物理学

cān zhào diǎn

参照点是一个被假定静止的物体或位置,用来判断其他物体是否在运动并测量其位置。

Visualization

Definition

参照点是一个保持不动的东西,你可以借助它来判断别的东西是否在运动,就像用一个地标去和其他一切事物作比较。在物理学中,它是一个被假定静止的物体或位置,位置和运动都从它出发测量,位置就表述为距该点的距离和方向。改变参照点,一个物体是否在运动的结论也可能随之改变。在最严格的层面上,参照点是坐标系的原点,它与一组坐标轴一起定义了一个参考系。位置矢量、速度和位移都依赖于所选的参考系,而彼此以恒定速度相对运动的参考系被称为惯性参考系,牛顿定律在每一个惯性参考系中都成立。

Example

当你望向车窗外时,路边的一棵树是个很好的参照点:树看起来在向后滑动,这告诉你汽车在向前行驶。以学校的旗杆为参照点,一名骑车人正午时位于其东侧 $50\ \text{m}$ 处,一分钟后位于东侧 $350\ \text{m}$ 处,说明他在 $60\ \text{s}$ 内向东移动了 $300\ \text{m}$,即 $5\ \text{m/s}$。再想象一位乘客以 $1\ \text{m/s}$ 的速度向火车前部走去,而火车本身以 $30\ \text{m/s}$ 的速度行驶。以火车为参考系(原点固定在座位上),她的速度是 $1\ \text{m/s}$;以地面为参考系(原点固定在站台上),她的速度是 $31\ \text{m/s}$。两种说法在各自的参考系中都是正确的。

Key Insight

没有参照点,你就无法判断任何东西是否在运动;运动永远是"相对于什么而言"的问题。最方便的参照点是那些相对地面不动的东西,比如建筑物、路标或树木,但选取一个运动的参照点(比如另一辆车)同样能给出一种不同却同样有效的描述。选取巧妙的参考系甚至能把一道难题变成一道易题。碰撞问题在质心参考系中往往最简单,因为在那个参考系里总动量为零,代数运算随之大为简化。