引入加速度的意義是什麼?

能否從多個角度說明一下,我們在研究運動的過程中引入加速度的意義。


原則上描述一個物體的運動只需要位移就夠了:對於任一慣性系,物體在任意時間t所處的位置既是對物體運動的完備描述。

但是這種描述方式很不方便,更重要的是這種描述方式可以完備地記錄物體已經經歷的運動卻不能對物體可能進行的運動作出預測。

如果已知位移關於時間的導數(當然這這個導數就是速度)和初始位置的話,通過做個積分我們依然可以完備地描述物體的運動,更重要的是,如果已知物體將來的速度,我們還能預測物體的運動!所以我們需要速度這個概念
同理如果已知位移關於時間的二階導數(當然這個量就是加速度,名字無所謂)和初始條件的話,我們也能完備地描述物體的運動。並且如果這個量是已知的話,我們可以預測物體的速度和位移兩個量!所以我們需要加速度(叫什麼名字無所謂,反正就是二階導數)

同理如果已知位移關於時間的三階導數/四階導數。。。。。

可是牛頓第二定律告訴我們,物體的加速度由所受到的力和質量決定,所以三階及以後的導數都沒意義了,二階導數就足夠了

總之,我們需要加速度,並且僅需要加速度就夠了,不需要加加速度


建立物體受力與運動的關係,也就是牛頓第二定律的F=ma,例如汽車加速需要發動機提供多大的動力;飛機起飛,轉向的氣動設計都需要加速度的概念。


我認為加速度是運動的核心,是最重要的部分。理由如下:
1.速度是相對的,但在慣性系中加速度卻是絕對的·,這就給我們一個衡量運動的標尺。加速度與速度的關係可以與勢能和勢能差來類比,勢能本身是無意義的,同理從描述運動本質上說,速度其實沒有意義,一個物體你可以根據慣性坐標系的不同給出無數個速度,但只有一個加速度。
2.根據牛頓第二定律,以及現代物理的運動描述,加速度與力是緊密連接的,換言之,引起加速度的原因是物質的相互作用,這正是物理所求的根本。
原因還有很多,但時間所限,就寫上面兩條,我想也足夠了。
補充:在相對論中,是否感受到加速度是非常重要的。著名的「雙生子徉謬「之所以是」徉謬「,就因為飛船中的人是真正的感受到了加速度,而地球上的人沒有,所以才會有如此大的差別。


加速度是描述物體速度變化快慢的一個物理量,如果只有速度,無加速度,無法準確的描述一個物體運動的狀態
如:一個物體在某一刻的速度是4m/s。那麼它有可能是勻速運動,加速運動或者減速運動。加上加速度,-1m/s^2,那麼,就能確定它就是在做減速運動


描述速度變化快慢。
並且作為解決運動分析的重要工具


加速度的本質是空間場的扭曲程度


加速度是用來描述物體速度變化快慢的。例如不同的跑車,加速快慢不同,這樣可以更好的描述他的性能。天天飛車上的賽車有這個指標的,哈哈。
如果去研究加速度產生的原因,就是因為力。如果你已知了一個物體的受力情況,就可以知道他的加速度情況,在知道初速度的情況下,可以預測其下一個運動狀態。
總結:1:可以描述物體速度變化的情況;
2:可以反推出物體的受力情況,並且預測物體下一步的運動狀態。


從人腦的特徵來說,人腦是低級的,不能處理複雜事物。因此需要將複雜事物轉化為簡單事物來處理。
引入速度的概念,就是一個例子,人們不能同時理解距離和時間的關係,因此將兩個因素轉化為簡單的一個「速度」。
同樣,引入加速度也是,人腦不能同時吼住速度和時間的關係,類似的發明了加速度,如果向上還可以類似的引入。
也就是說人腦很笨,只能在同一時間處理一件事情,超過兩件就得將其簡化。所以仿照人腦製作出來的電腦也繼承了人腦的特點,一個時間只能處理一個運算。


從狹義的物理學角度講,加速度概念的引入一定程度上揭示了運動和力的聯繫,有了加速度可以方便的度量受力與預測下一刻的運動狀態;
從廣義的「階」的角度來說,導數概念首先建立在連續的概念之上,我們看事物的內在聯繫不再是捕風捉影式的了,而是發現其連續性並可以由過去和此刻來大膽的預測(或者說是逼近)未來。
BTW,當我們所關注的尺度越來越遠離經典力學,越來越小、越來越快、越來越熱、越來越精細時,我們發現這個連續的世界趨於離散了,我們更傾向於用概率來解釋而不是導數!


只有引入加速度,才能弄清物體為什麼是這樣運動而不是那樣運動的原因。牛頓經典力學才能建立起來。現代物理學才會蓬勃發展。


把速度從一維延伸到二維


好奇怪的問法


力是改變物體運動狀態的原因,而加速度是運動狀態改變多少的具體量度


在物理中,表示運動變化快慢的是速度,表示速度快慢的是加速度,所謂任何一個物理量的變化快慢,在數學上就是導數的概念,圖像上是切線。。。。這種定義物理量的方法很常見。要說意義,最直觀的表現就是力,力與加速度有直接的關係


一般回答。速度與時間的關係。好比常說人的爆發力


簡化軌跡計算方式,去除力與質量對於速度的相關性影響,而得到唯一的數值作為依據。


有了黃金,也需要紙幣,黃金就像合外力,紙幣就像加速度


推薦閱讀:

TAG:物理思考 | 物理學史 |