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平动参考系的相对运动

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相对运动无论在初中物理竞赛、高中物理强基还是高中物理竞赛中都是非常重要的基础概念,同学们可以按照以下步骤进行学习:
1️⃣ 平动的定义:刚体上任意两点的连线在整个运动过程中始终保持平行,这种运动称为平行移动,简称为平动。
2️⃣ 平动参考系的定义:所谓平动参考系,即意味着参考系的坐标轴在运动过程中均只发生平动而不发生偏转。
3️⃣ 相对运动:如第一图所示,我们构建了两个平动参考系K与K',其中参考系K被称为静系,K'被称为动系。静系K一般选用地面参考系,动系K'一般为运动的物体参考系。
4️⃣ 我们来考虑如何用参考系变换的方式去求解物体不易直接求解的运动。如第二图所示,考虑人在移动的公交车中的运动。可以看到,初始时刻公交车位于左侧,人位于汽车中间A点。而后汽车往右运动,人相对汽车往上走动至C点。在此期间内,汽车的位移可以用AB矢量来表示,人相对汽车的位移可以用BC矢量来表示,人相对地面的运动可以用AC矢量来表示。我们会发现矢量满足关系式:AC=AB+BC
5️⃣ 我们把研究物体的运动时,其相对动系的位移称为相对位移,相对静系的位移称为绝对位移,动系相对于静系的位移称为牵连位移。那么便可以根据上述汽车模型的结论得到一般意义下相对运动的位移矢量关系式:绝对位移=相对位移+牵连位移。相对运动的位移矢量关系式两边对时间求导便可以得到速度、加速度的矢量关系式,因此我们可以得到结论,取定两个平动参考系静系K与动系K',物体运动的绝对量等于相对量加上牵连量。
6️⃣ 概念的详细讲解在第三、四图呈现。最后第五图配上了一道习题供大家理解与参考,希望对大家的学习有帮助~




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