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讲一点点数学你知道三维抛体运动的表达式吗

来源:笛 时间:2022/11/3
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今天,笔者想讲一讲三维抛体运动,它和矢量函数有关,话不多说,让我们开门见山吧:

首先,让我们回忆下抛体运动,相信大家在小的时候都学过:

抛体运动(projectilemotion)是指对物体以一定的初速度向空中抛出,仅在重力作用下物体所做的运动,它的初始速度v0不为0。

有倾角的抛体运动

平抛运动

平抛运动是最简单的,它只用一个公式描述就行了:

插句题外话,其实物体走过抛物线的长度也能计算:

大家可以自己算一下试试,这里就不算了

可是你问了,我们生活中的抛物线(比如打篮球)是三维的啊,用数学描述三维抛物线的才实际意义啊!

篮球投出时也是三维的抛物线

三维抛物线的方程是什么呢?我们通过以下推导来给大家阐述:

我们知道这个抛出去的物体有V0的初速度:

类比勾股定理,总的初速度就等于这三个初速度分量相加,模长就相当于他们三个加起来开平方:

由于主要是重力作用于抛体,而且方向向下,我们把它设为负值,好处理。

各个方向加速度的值

于是,我们可以得到:

我们对这个向量函数积分,可以得到:

物体在空中运动的时间只和高度轴Z有关,这个时间最大不会超过:

这个关于x,y,z的向量方程有什么意义呢?它其实就是抛物线方程的加强版,多了一个坐标轴而已。

你又问了:“刚才你引入了时间当作参变量,那如何用你说的向量函数描述下面这个图呢,它是“死的”,和时间的关系不大。”

你脑袋一热,想了好久,不过很久后才反应过来——根本就没必要用矢量方程表示它啊:

普通的二维的笛卡尔坐标系就够了

数学源于生活,希望你能独立思考,对各种各样的知识进行融会贯通。而不是照本宣科,纸上空谈。

今天的三维抛体运动就向大家介绍到这里,感谢大家抽空阅读~

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