位移是描述物体位置变化的物理量,在不同的运动情境下,位移公式有所不同:
匀速直线运动
物体做匀速直线运动时,速度大小和方向都不发生变化。设速度为v,运动时间为t,则位移公式为:
x=vt
其中x表示位移。这个公式表明,匀速直线运动的位移与速度和时间成正比。
匀变速直线运动
物体做匀变速直线运动时,加速度a恒定不变。常见的位移公式有以下几个:
已知初速度v0、加速度a和时间t求位移:
x=v0t+21at2
这个公式是通过对匀变速直线运动的速度 - 时间图像进行面积计算推导得出的,表示位移由两部分组成,一部分是v0t (以初速度做匀速直线运动的位移),另一部分是21at2(由于加速度导致的额外位移)。
已知初速度v0、末速度v和加速度a求位移:
v2−v02=2ax
变形可得位移公式x=2av2−v02
该公式是由速度公式v=v0+at和位移公式x=v0t+21at2联立消去时间t推导而来,在不知道运动时间,但知道初末速度和加速度时使用较为方便。
已知初速度v0、末速度v和时间t求位移:
x=2(v0+v)t
此公式表明匀变速直线运动的位移等于这段时间内的平均速度2(v0+v)与时间t的乘积 。
平抛运动(二维运动,可分解为水平和竖直方向分别研究)
水平方向:做匀速直线运动,水平位移x:
设平抛初速度为v0,运动时间为t,水平方向不受力,加速度为0,则水平位移x=v0t
竖直方向:做自由落体运动,竖直位移y:
加速度为重力加速度g ,初速度为0,根据匀变速直线运动位移公式y=21gt2
合位移大小s=x2+y2
=(v0t)2+(21gt2)2
合位移方向与水平方向夹角θ满足tanθ=xy=v0t21gt2=2v0gt
匀速圆周运动
匀速圆周运动中位移指从初位置到末位置的有向线段。
设圆半径为r,物体转过的圆心角为θ(弧度制),则弦长(位移大小)l=2rsin2θ
位移方向为从初位置指向末位置。