匀变速直线运动的速度是变化的,为什么图像是一条直线?

www.zhiqu.org     时间: 2024-05-18

更准确地来说,a-t图像的有向面积代表的是当前时刻t之下的速度。

在匀加速运动下,即加速度a保持恒定不变时,速度v=at,此时加速度a相对于时间t的函数图像为一条水平线(可能为射线也可能为线段,这取决于时间t的范围)。利用公式v=at,可以很明显地看出at物理意义上表示在一段时间内物体的速度,几何意义上表示a-t图像在一段区间内围成的矩形面积,它们计算式完全一样,所以它们是相等的,因而我们得出:在匀加速条件下,a-t图像中的某一段构成的矩形有向面积就是当前时刻的速度。如下图所示(加速度恒为a₀):

匀加速运动下a-t图像

接下来将匀加速运动进行推广,如果加速度a不再是恒定不变的,而是随着时间大小不断地在变化,此刻我们将该运动称为变加速运动,此刻我们假设该运动的加速度与时间之间满足一个函数关系:a=a(t),即a是关于时间t的一个函数。

此时速度v的大小应该是加速度a关于时间t的函数a(t)在这一段时间上的积分,而这个积分恰好就是函数a(t)在那一段区间上与t轴围成的有向面积。所以类比上面的结论不难得出推广到一般情况下,a-t图像中的某一段构成的矩形有向面积就是当前时刻对应的速度。如下图所示:

一般运动下a-t图像

速度是利用公式所求出的物理量,而面积则是a-t图像上的几何意义,因为这两者的表达式完全相同,所以就可以说a-t图像围成的有向面积为速度v。

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匀变速直线运动的速度是变化的,但其在速度时间(v-t)图像上所对应的图像是一条倾斜的直线。
在v-t图像中,物体做匀变速直线运动时,其速度随时间的变化而均匀变化,表现在图像上就是一条倾斜的直线。这条直线的斜率就是物体的加速度,斜率不变说明加速度不变,所以物体在做加速度不变的运动。

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