从曲线坐标系的建立及其基矢特性的角度看待角速度、向心加速度的物理内涵
2018-12-29何健
中学物理·高中 2018年12期
摘要:关于“角速度”“向心加速度”的关系、物理内涵及表达向来存在诸多争论,各类论证普遍存在切入点不够准确、剖析不够深刻的问题.以三类常见的坐标系为切入点,通过对基矢进行物理及数学的特性分析,明确了“切向基矢对时间的一阶导数是对速度方向变化率的直接描述”,同时指出“角速度是角位置矢量对时间的一阶导数,自然坐标系由于不使用质点角坐标,从而天然地没有角速度这一概念”“向心加速度本质是法向加速度在圆周运动中的习惯表示,不能随意推广至极坐标系”“线速度概念来源于自然坐标系,与角速度概念从本源上不是一对共轭物理量,其成对出现仅是一种基于圆周运动特殊性时使用上的习惯沿用”.
关键词:角速度;向心加速度;切向基矢;法向基矢
作者简介:何健(1980-),男,四川自贡人,硕士,讲师,研究方向:大学物理教学、光学理论.
目前各类中学教材在讨论圆周运动类问题时,坐标系的选择使用存在较大问题:沿着已知轨道(圆周)进行速度的分析和分解,确定切向及法向两个基矢方向,这是目前各类教材处理圆周运动的主流方法,但由此提出的“向心加速度”(本质是“法向加速度”)由于圆周运动的特殊性——力心固定于圆心这一特点,平面极坐标系这一工具被不自觉地同时引入.事实上两类坐标系也仅在圆周运动时关系重叠,基矢两两关联:法向与径向相反、切向与横向重合(如图1),这便导致极坐标系中建……
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