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加速度


設一個質點移動的距離為 s(t),作為時間 t 的函式(這裡,s 可以被認為是質點軌跡的 弧長)。速度標量 範數,即 向量 速度標量)則由下式給出

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

加速度定義為 速度 對時間的 導數,因此 標量 加速度由下式給出

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 加速度由下式給出

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

其中 T^^單位 切向量kappa曲率s弧長N^^單位 法向量

設一個質點沿直線 運動,在時間 t_1t_2t_3 的位置分別為 s_1s_2s_3。那麼,質點是勻加速運動的,加速度為 a 當且僅當

 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)

是一個常數 (Klamkin 1995, 1996)。

考慮在旋轉參考系中測量加速度。對 半徑向量 r 應用兩次 旋轉算符

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

並抑制本體符號,

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)

將各項分組並使用 速度 v=dr/dt角速度 alpha=domega/dt 的定義,得到表示式

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

現在,我們可以將該表示式識別為由三項組成

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

一個“本體”加速度、離心加速度和科里奧利加速度。使用這些定義最終得到

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

其中第四項在勻速旋轉參考系中會消失(即,alpha=0)。騎旋轉木馬的人對離心加速度很熟悉,而科里奧利加速度是地球上颶風運動的原因,並且需要對洲際彈道導彈進行大的軌跡修正。


另請參閱

角加速度弧長收斂加速急動度速度

使用 探索

參考文獻

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

請按如下方式引用

Weisstein, Eric W. "Acceleration." 來自 Web 資源。 https://mathworld.tw/Acceleration.html

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