位移,英文displacement,指的是物体或质点位置的变化。其定义为:由初位置到末位置的有向线段。其大小与路径无关,仅取决于起点和终点的位置。它的方向由起点指向终点,是一个有大小和方向的物理量,属于物理学中的“矢量”。

当物体或质点从空间的一个位置运动到另一个位置时,它的位置变化就是物体或质点在这一运动过程中的位移。国际单位制中,位移的单位为米,此外还有厘米、千米等。

位移的方向和速度的方向可以相同,也可以不同;位移和路程是两个不同的概念。在工业中,特别是受压和受热设备经常会用到“位移”的概念。

定义

位移,英文displacement,指物体或质点的位置变动,可用连接先后两位置的有向线段表示。假设:在瞬时t质点位于Q点,瞬时位于Q′点,则矢量表示质点从t时刻开始在△t时间间隔内的位移。它等于Q′点的矢径与Q点的矢径r(t)之差,即。

与此同时,质点在△t时间间隔内由Q点沿轨迹曲线运动到Q′,所经过的路程是弧长标量)。因此,位移和路程是两个不同的概念。当△t很小,位移矢量的模和路程相等。

计算公式

物体在某一段时间内,如果由初位置移到末位置,则由初位置到末位置的有向线段叫做位移。它的大小是运动物体初位置到末位置的直线距离;方向是从初位置指向末位置。位移只与物体运动的始末位置有关,而与运动的轨迹无关。如果质点在运动过程中经过一段时间后回到原处,那么,路程不为零而位移则为零。

计算公式:(末位置减初位置) 。注意:位移是直线距离,不是路程。

国际单位制(SI)中,位移的主单位为米。此外还有厘米、千米、英寸、英尺等。

匀变速运动的位移公式:

匀变速运动速度与位移的推论:

注: 为初速度, 为末速度。

各项关系

位移的方向与速度的方向

速度方向与位移方向没有直接关系,只有在没有返回(即向着一个方向运动)的直线运动中,速度的方向与位移的方向一定是相同的。除此之外,速度方向与位移方向可能相同,也可能不同。例如,在竖直上抛运动中,物体上升时,速度方向(向上)与位移方向(向上)相同,下落过程中在落回抛出点前速度方向(向下)与位移方向(向上)相反,若过抛出点后还可以继续下落,则此后速度方向(向下)又与位移方向(向下)相同。因此要具体情况具体判断。

曲线运动中,速度方向与位移方向大都不同。因为速度方向为轨迹的切线方向,与轨迹上任意两点的连线(位移)方向多数成不为零的角。

位移方向由运动的起点指向运动的终点。例如上述竖直上抛运动,起点是物体的抛出点,而终点则要看问题所给时间的长短,因为可以将整个运动过程分成几段。

位移向量与路径距离的关系

在工业中,特别是受压和受热设备经常会用到“位移”概念,此时的位移,主要是指设备制定部位相对受压、受热、泄压、受冷之前的相对位置量的变化,通常用轴向位移、径向位移、膨胀指数等术语表示。

举例说明

一个做圆周运动的物体,从一点出发,经过一圈回到起点,这时,物体的位移为0,但是路程是这个圆的周长。

练习题1

一个电子在匀强磁场中沿半径为R的圆周运动。经过7秒转了3圈回到原地,运动过程中位移大小的最大值和路程的最大值分别是( )

A 7R,6πR。 B 21R,6πR。 C 2R,6πR。 D 3R,6πR。

答案:C

【说明】在圆中位移最大值为直径,所以为2R。路程最大值是圆周长的三倍,所以为6πR

练习题2

某中学军训拉练的队伍在匀速,指导员骑自行车将掉队的小王从队尾送到队前,又立即返回.当指导员回到队尾时,队伍已前进了200m,在这整个过程中,指导员的位移大小是__ m。

答案:200

【说明】前进的路程即为位移了,所以200m。

区别联系

参考资料