主题
Search

加速度


设一个质点移动的距离为 s(t),作为时间 t 的函数(这里,s 可以被认为是质点轨迹的 弧长)。速度标量 范数,即 向量 速度标量)则由下式给出

 (ds)/(dt)=sqrt(((dx)/(dt))^2+((dy)/(dt))^2+((dz)/(dt))^2).
(1)

加速度定义为 速度 对时间的 导数,因此 标量 加速度由下式给出

a=(dv)/(dt)
(2)
=(d^2s)/(dt^2)
(3)
=((dx)/(dt)(d^2x)/(dt^2)+(dy)/(dt)(d^2y)/(dt^2)+(dz)/(dt)(d^2z)/(dt^2))/(sqrt(((dx)/(dt))^2+((dy)/(dt))^2+((dz)/(dt))^2))
(4)
=(dx)/(ds)(d^2x)/(dt^2)+(dy)/(ds)(d^2y)/(dt^2)+(dz)/(ds)(d^2z)/(dt^2)
(5)
=(dr)/(ds)·(d^2r)/(dt^2).
(6)

向量 加速度由下式给出

a=(dv)/(dt)
(7)
=(d^2r)/(dt^2)
(8)
=(d^2s)/(dt^2)T^^+kappa((ds)/(dt))^2N^^,
(9)

其中 T^^单位 切向量kappa曲率s弧长N^^单位 法向量

设一个质点沿直线 线 运动,在时间 t_1t_2t_3 的位置分别为 s_1s_2s_3。那么,质点是匀加速运动的,加速度为 a 当且仅当

 a=2[((s_2-s_3)t_1+(s_3-s_1)t_2+(s_1-s_2)t_3)/((t_1-t_2)(t_2-t_3)(t_3-t_1))]
(10)

是一个常数 (Klamkin 1995, 1996)。

考虑在旋转参考系中测量加速度。对 半径向量 r 应用两次 旋转算符

 R^~=(d/(dt))_(body)+omegax
(11)

并抑制本体符号,

a_(space)=R^~^2r
(12)
=(d/(dt)+omegax)^2r
(13)
=(d/(dt)+omegax)((dr)/(dt)+omegaxr)
(14)
=(d^2r)/(dt^2)+d/(dt)(omegaxr)+omegax(dr)/(dt)+omegax(omegaxr)
(15)
=(d^2r)/(dt^2)+omegax(dr)/(dt)+(domega)/(dt)xr+omegax(dr)/(dt)+omegax(omegaxr).
(16)

将各项分组并使用 速度 v=dr/dt角速度 alpha=domega/dt 的定义,得到表达式

 a_(space)=(d^2r)/(dt^2)+2omegaxv+omegax(omegaxr)+alphaxr.
(17)

现在,我们可以将该表达式识别为由三项组成

a_(body)=(d^2r)/(dt^2),
(18)
a_(Coriolis)=2omegaxv
(19)
a_(centrifugal)=omegax(omegaxr),
(20)

一个“本体”加速度、离心加速度和科里奥利加速度。使用这些定义最终得到

 a_(space)=a_(body)+a_(Coriolis)+a_(centrifugal)+alphaxr,
(21)

其中第四项在匀速旋转参考系中会消失(即,alpha=0)。骑旋转木马的人对离心加速度很熟悉,而科里奥利加速度是地球上飓风运动的原因,并且需要对洲际弹道导弹进行大的轨迹修正。


另请参阅

角加速度弧长收敛加速急动度速度

使用 Wolfram|Alpha 探索

参考文献

Klamkin, M. S. "Problem 1481." Math. Mag. 68, 307, 1995.Klamkin, M. S. "A Characteristic of Constant Acceleration." Solution to Problem 1481. Math. Mag. 69, 308, 1996.

在 Wolfram|Alpha 中被引用

加速度

请按如下方式引用

Weisstein, Eric W. "Acceleration." 来自 MathWorld--Wolfram Web 资源。 https://mathworld.net.cn/Acceleration.html

主题分类