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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 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 中被引用

加速度

请按如下方式引用

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

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