Peter见序 · 数理思维

位移为零,就没有走过路程吗?

内容示例 · 物理 · 图像与模型

走出去,再回到出发点。位置可以回到原处,走过的路却不会消失。

动手试一试

先看“减速后反向”:观察到第 4 秒时,位移和路程有什么不同?再调整结束时刻,看看两者怎样变化。

向右为正方向。初速度 4 m/s,加速度 -2 m/s²。

观察 0~4调整结束时刻 T
0.5 s6 s
减速后反向的速度—时间图像从零到4秒,末速度为-4米每秒。时间轴上方面积4米,下方面积的绝对值4米。位移0米,路程8米。-8-4480123456v / (m/s)t / s
时间轴上方取正,下方取负。图线表示速度的变化,不是物体的运动轨迹。
末速度
-4 m/s
位移 · 有方向
0 m
路程 · 走过的长度
8 m

位移 = 44 = 0 m

路程 = 4 + 4 = 8 m

2 s 时速度过零,之后改向运动。

怎样读图

横轴是时间,纵轴是速度。约定向右为正方向后,速度为正表示向右运动,为负表示向左运动。

图线与时间轴围成的带符号面积对应位移:上方的面积取正,下方的面积取负。求路程时,要把各段面积的绝对值相加。面积的单位是 (m/s) × s = m。

在“减速后反向”中,物体前 2 秒向右走了 4 m,接着 2 秒向左走了 4 m。到第 4 秒,位移为 0 m,路程却是 8 m。

模型与条件

示例采用加速度恒定的一维运动模型,初始位置取零。速度满足 v = v₀ + at,位移满足 Δx = v₀t + ½at²。匀速运动对应 a = 0。

加速度为负并不表示始终减速。在反向的例子中,2 秒后速度与加速度都为负,物体向左运动,速率逐渐增大。

原理参考:OpenStax:速度—时间图像恒加速度运动。本页为网站内容示例,参数为演示设定。