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(1.37),(1.38)式表明,S′系相对S系平动时,质点相对S系的速度(或加速度)是质点相对S′系的速度(或加速度)与S′系相对S系的平动速度(或加速度)的叠加.
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1.5.2 参考系间的匀速定轴转动
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相对于参考系S,参考系S′可以绕着它的某一点O′转动.最简单的是S′系相对S系的匀速定轴转动.为了较清楚地看出参考系间转动效果,取平面极坐标系.如图1-30所示,S′系绕着S系的z轴以恒定的角速度ω旋转,已设t=0时x′轴与x轴重合.设P点在S′系沿x′轴匀速运动,即
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图 1-30
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P在S系中的运动却不那么简单,它的径矢长度和辐角都随时间线性增加,形成螺线运动.极坐标下有
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轨道方程
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对应阿基米德螺线.速度和加速度各为
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此例表明,与参考系间平动相比,参考系间匀速定轴转动情况下质点运动学量的关系较复杂些.变换内容的详细介绍,参见2.4.4节.
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1.5.3 参考系中质点间的相对运动
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真实世界中的宏观物体都是三维的,它们的相对运动也是三维的.将物体分解成一系列质点性的小部位,或者将物体模型化为质点,质点在任一参考系中的运动仍是三维的.三维运动是指有3个运动自由度,二维的平面曲线运动、一维的直线运动只是其中若干特殊类型.
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假设只有两个质点A,B,如图1-31所示,它们之间的连线方向,即图中x方向是可以唯一确定的,其他方向,如图中的y,z方向都不能唯一确定,A,B间可确定的相对运动只能是一维的.因此,正如前面所述,一个质点不能作为运动参考物,不能建立相应的参考空间和参考系.
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图 1-31
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如果除了质点A,B之外,已经存在某个参考系S,或者说A,B已成为参考系S中的两个质点,那么质点A可依据或者说可参考S系已确立的空间三维方向,来唯一地设定自己的空间三维延展方向.于是B相对A的位置矢量r′便是三维矢量,r′随时间t的变化描述了三维方向的空间运动.如图1-32所示,在S系中这表现为B相对A的位矢r′是通过B在S系中的位矢rB与A在S系中的位矢rA来确定的,其间关系为
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