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今天我們來說說質點,要研究質點這個概念,就得從運動說起,聊起運動你可能會想到跑步、打籃球、踢足球、騎腳踏車等等。

但是這裡說的運動不單單指這些體育運動,而是包括所有宏觀物體的運動。像水的流動,飛機汽車的行駛,天體的執行等等。

這些例子中都是一個物體相對於另一個物體位置的變化, 在物理學中叫做機械運動,簡稱運動。那麼要描述運動,

詩人可以用疑似銀河落九天來描述瀑布中的水流畫家可以用線條來描述火車的風馳電掣

那麼物理學家怎麼來描述運動呢?一些具體的運動,比如

一個人邊走邊跳足球在地上滾動蜻蜓在空中飛翔和諧號動車從北京開到上海

這些物體有大小、有形狀,各部分運動情況一般還不一樣,精確地描述他們的運動還是很困難的,那麼物理雪茄就要做他們最擅長的事情:抓住主要因素,忽略次要因素進行理想化思考,比如動車從北京開 到上海,如果只關心動車執行的距離,且距離遠遠大於動車的長度,那就可以忽略動車的大小,可以把它看作一個有質量的點來處理。

像這樣,當物體的大小形狀對所研究問題的影響可以忽略不計時,就可以把這個物體視作有質量沒體積的點,我們把它叫做質點。質點只有位置而不佔空間,具有所代表物體的全部質量,因為還有質量這個重要資訊,所以它不同於只表示空間位置的幾何點。

很顯然質點是為了方便分析問題而引出的一種理想化模型,並非真實存在。

那什麼情況下能把物體理想化成質點呢?這是完全由研究問題的性質來決定的,前邊例子中說到當研究動車長距離執行時,動車的大小和形狀就可以忽略,它就可以看作質點。但是當研究動車透過大橋時就不能當作質點

又比如,當研究地球繞著太陽公轉時,相比於公轉的軌道半徑,地球的形狀大小就可以忽略;地球自轉對研究公轉問題也沒什麼影響,此時就可以將它看作質點。但是當研究它的自轉問題時,就不能把它當作質點了。

再比如,當研究蜻蜓在空中大範圍飛行的曲線時,就可以把它看作質點;研究它的飛行時具體細微特徵時,比如翅膀的振動、身體的平衡就不能將它看作質點。

這些例子說明了當物體的大小相比於運動距離可以忽略時,就可以看作質點。

有些時候,即使物體的大小不能忽略,也是可以看作質點的。

那麼這樣又是什麼情況呢?如果物體各部分的運動情況全都一致,這種運動叫做平動。平動的物體只需要描述出一個點的運動情況,就相當於描述了其它各點的描述情況,此時即使物體大小不能忽略,我們也可以把這個物體當作質點來處理。比如動車的運動可以看作平動,假設它從靜止加速到30km/h,需要的時間,雖然它運動距離沒有多長,但是此時還是可以把它當作質點來處理。當然這麼處理需要滿足一個前提,那就是並不會影響要研究的問題。

再來說一下上邊的動車例子,研究它過橋時候涉及到頭部和尾部的區別,就不能用頭部來代替尾部,這種情況也不能將它處理為質點了。

最後再來總結幾個例子,體會一下

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