椭圆运动

本文解释了物理学中的椭圆运动。同样,您还会找到椭圆运动的示例、椭圆运动的公式,以及逐步解决的练习。

什么是椭圆运动?

椭圆运动是运动物体描绘椭圆轨迹的运动。换句话说,做椭圆运动的物体具有椭圆形的轨迹。

椭圆是一种一轴大于另一轴的曲线几何图形,换句话说,椭圆就像一个被压平的圆。

因此,椭圆运动的主要特点是运动物体的运动轨迹是椭圆形的。因此,速度在整个路径中并不是恒定的,但通常椭圆运动的某些点的身体移动速度比其他点快。

例如,行星绕太阳运行的轨道是椭圆形的,因此地球绕太阳运行的路径就是椭圆运动的一个例子。

椭圆运动

椭圆运动示例

一旦我们了解了椭圆运动的定义,我们就会看到一些此类运动的日常生活示例,以更好地理解这个概念。

  1. 轨道平移:行星、小行星、卫星等所描述的轨道。它们是椭圆形的,因此我们可以找到许多空间椭圆运动的例子。
  2. 抛物线投掷:抛物线投掷是椭圆运动的另一个例子,因为当物体被投掷并描述抛物线轨迹时,通常曲率半径不是恒定的而是变化的,因此它不是圆形轨迹而是椭圆路径。
  3. 呼啦圈(或呼啦圈) :虽然用来玩耍的呼啦圈是圆形的,但身体旋转部分所描述的运动是椭圆形的。
  4. 椭圆机:椭圆机是健身房中用于体育锻炼的机器。因此,这种自行车的踏板所进行的运动是椭圆形的。
  5. 回旋镖的轨迹:当投掷回旋镖时,该对象描述的轨迹形状是椭圆形。因此,回旋镖的轨迹是椭圆运动的另一个例子。

椭圆运动公式

一般来说,描述椭圆运动的物体的笛卡尔坐标可以由两个参数方程表示。因此,椭圆运动的 X 坐标和 Y 坐标通常分别根据角位置的余弦和正弦来定义。

\begin{cases}x=a\cdot \text{cos}(\theta )\\[2ex]y=b\cdot \text{sin}(\theta )\end{cases}

执行椭圆运动的身体位置也可以用位置向量来描述:

\vv{r}=a\cdot \text{cos}(\theta )\vv{i}+b\cdot \text{sin}(\theta )\vv{j}

同样,根据位置矢量,可以通过对时间求导来计算速度矢量和加速度矢量:

\vv{v}=\cfrac{d\vv{r}}{dt}

\vv{a}=\cfrac{d\vv{v}}{dt}

一般来说,执行椭圆运动的物体的位置公式由正弦和余弦定义。不过,根据应用领域的不同,也有具体的公式,例如,有一个具体的方程来描述行星的椭圆运动。

椭圆运动的解决方案

  • 描述椭圆运动的运动物体的位置由以下方程定义

    \vv{r}(t)=0.3\text{cos}(10t)\vv{i}+0.2\text {sin}( 10t)\vv{j} \ m

    。时间 t=π/40 s 时移动体的切向加速度是多少?

描述问题椭圆运动的位置向量为:

\vv{r}(t)=0,3\text{cos}(10t)\vv{i}+0,2\text{sin}(10t)\vv{j} \ m[/latex ] Ainsi, pour trouver le vecteur vitesse, nous devons dériver le vecteur position par rapport au temps : [latex]\vv{v}=\cfrac{d\vv{r}}{dt}

\vv{v}(t)=-3\text{sin}(10t)\vv{i}+2\text{cos}(10t)\vv{j} \ \cfrac{m}{s }

然后我们再次推导得到的关于时间的方程,得到加速度向量:

\vv{a}=\cfrac{d\vv{v}}{dt}

\vv{a}(t)=-30\text{cos}(10t)\vv{i}-20\text{sin}(10t)\vv{j} \ \cfrac{m}{s ^2}

最后,要确定时间 t=π/40 s 时的加速度,只需将参数 t 替换为其值并进行计算:

\displaystyle \vv{a}\left(\frac{\pi}{40}\right)=-30\text{cos}\left(10\cdot \frac{\pi}{40}\right )\vv{i}-20\text{sin}\left(10\cdot \frac{\pi}{40}\right)\vv{j}

\displaystyle \vv{a}\left(\frac{\pi}{40}\right)=-30\text{cos}\left(\frac{\pi}{4}\right)\vv {i}-20\text{sin}\left(\frac{\pi}{4}\right)\vv{j}

\displaystyle \vv{a}\left(\frac{\pi}{40}\right)=-21.21\vv{i}-14.14\vv{j}

椭圆运动和圆周运动

最后,让我们看看椭圆运动和圆形运动之间有什么区别,因为它们是两种非常常见的曲线运动类型。

圆周运动是描述物体轨迹呈圆形的运动。换句话说,圆周运动的曲率半径在路径上的每个点都相同。

椭圆运动和圆周运动的区别在于椭圆运动的路径形状像椭圆形,而圆周运动的路径形状像圆形。

请参阅:什么是圆周运动?

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