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主要内容

什么是位移?

分析运动可能会变得很复杂。学习精确的词汇将有所帮助。

位置是什么意思?

在物理学中,我们喜欢精确地描述物体的运动。说真的,几乎每本物理教科书的前几章都致力于教人们如何精确地描述运动,因为它对我们在物理中所做的其他事情都非常重要。
但是要描述物体的运动,我们必须首先能够描述它在任何特定时间的位置。 更准确地说,我们需要指定它相对于一个方便的参考系的位置。 地球通常用作参考系,我们经常用物体与其参考系中的静止物体的关系,来描述物体的位置。 例如,教授的位置可以用她相对于附近白板的位置来描述(图1)。 在其他情况下,我们使用的参考系不是静止的,而是相对于地球运动的。 例如,要描述人在飞机上的位置,我们使用飞机而不是地球作为参考系(图2)。
变量 x 通常用于表示水平位置。 变量 y 通常用于表示垂直位置。

位移是什么意思?

如果物体相对于参考系移动(例如,如果教授相对于白板向右移动,或者乘客向飞机后部移动),则物体的位置会发生变化。位置的这一变化称为位移。“位移”一词意味着物体已移动或已被移位。
位移 的定义是物体位置的变化。它可以用以下公式进行数学定义:
位移=Δx=xfx0
xf 指的是最终位置的值。
x0是指初始位置的值。
Δx是用来表示位移的符号。
位移是矢量,意味着它有大小和方向,可以用从初始位置指向最终位置的箭头表示。例如图一,一位教授相对白板运动了。

图1:教授讲课时从左往右走动。 +2.0 m 是教授相对于白板的位移,用从左指向右的箭头表示。(图片来源:Openstax 大学物理)
教授初始位置是 x0=1.5 m,最终位置是 xf=3.5 m。所以她的位移可以这样算: Δx=xfx0=3.5 m1.5 m=+2.0 m. 在这个坐标系里,向右为正方向,向左为负方向。
现在考虑图2中在飞机上走动的乘客。
图 2:乘客从座位走到飞机末端。 4.0 m 是乘客的位移,以向左的箭头表示。 (图片来源:Openstax 大学物理)
乘客的初始位置是 x0=6.0 m,最终位置是 xf=2.0 m,所以他的位移这样算: Δx=xfx0=2.0 m6.0 m=4.0 m. 他的位移是负的,因为运动方向指向飞机后部,也就是坐标轴的负方向。
在一维运动中,方向可以用加号或者减号表示。看到题目时,应该首先确定正方向,通常右或上为正方向,但是选任何方向也没问题。

位移和路程是什么意思?

物理学上用词要特别注意。要区分两点之间的位移或者物体运动的路程
位移 是两点之间有向线段的长度。要注意位移和路程是不同的。
路程 指物体运动轨迹的长度。路程不是矢量。它没有方向,所以没有负号。例如教授运动路程是 2.0 m。 飞机乘客运动路程是 4.0 m
需要注意的是,路程不一定等于位移的大小(即两点之间的距离)。具体而言,如果物体在其行程中改变方向,所走的总距离将大于这两个点之间的位移。看看下面的例子。

关于位移有什么难点?

人们常常忘记,路程可能大于位移。提到大小,我们指的是位移的大小,而不考虑其方向(即只是一个带有单位的数字)。例如,教授可以来回走动很多次,也许在讲座中走了 150 米的距离,但最终还是离起点两米左右。在这种情况下,她的位移是 +2 m, 她的位移大小是 2 m, 但她所走的路程是 150 m。在运动学中,我们几乎总是处理位移和位移的大小,几乎从不处理所走的路程。思考这个问题的一个方法是假设你标记了运动的开始和运动的结束。位移只是两个标记位置的差异,与在两个标记之间移动时所走的路径无关。然而,路程是两个标记之间所走路径的总长度。
有些题目需要在表示位移时包括负号,而人们往往忘记加负号。如果他们不小心用初始位置减去最终位置,而不是用最终位置减去初始位置,则会发生这种情况。

涉及到位移的问题是什么样的?

例1:四个物体的位移

四个物体根据下图所示的路径移动。假设水平刻度的单位是米。(图片来源: 根据 Openstax 大学物理 修改)
每个物体的位移是多少?
物体 A 初始位置是 0 米,最终位置是 7 米。A 的位移可以用这个式子表示:
ΔxA=7 米0 米=+7 米
物体 B 初始位置是 12 米 ,最终位置是 7 米。B 的位移可以用这个式子表示:
ΔxB=7 米12 米=5 米
物体 C 初始位置是 2 米 ,最终位置是 10 米。C 的位移可以用这个式子表示:
ΔxC=10 米2 米=+8 米
物体 D 初始位置是 9 米 ,最终位置是 5 米。D 的位移可以用这个式子表示:
ΔxD=5 米9 米=4 米

例2:四个物体经过的路程

四个物体根据下图所示的路径移动。假设水平刻度的单位是米。(图片来源: 根据 Openstax 大学物理 修改)
每个物体经过的路程是多少?
物体 A 经过的总路程是 7 米
物体 B 经过的总路程是 5 米
物体 C 经过的总路程是 8 米+2 米+2 米=12 米
物体 D 经过的总路程是 6 米+2 米=8 米

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