題:
零速度,零加速度?
7453rfg
2015-03-03 06:39:45 UTC
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在一維中,粒子的加速度可以表示為:

$$ a = \ frac {dv} {dt} = \ frac {dv} {dx} \ frac {dx} {dt} = v \ frac {dv} {dx} $$

此等式是否表示如果:

$$ v = 0 $$

然後,

$$ \ Rightarrow a = 0 $$

我可以想到幾種情況,儘管粒子處於瞬時靜止狀態,但其加速度仍為非零。這是怎麼回事?

將一個球扔向空中。一旦離開您的手,它將以32f / s / s的速度連續下降(忽略空氣阻力)。在某個點,球將到達弧頂並具有零速度,但在該點它仍將向下加速。(如果它沒有向下加速,它將被“塞住”。)
我在這裡很難掌握數學,因為似乎您將v定義為時間和位置的函數。另外,當您說“ v = 0”時,是指“存在一個速度為零的時間”還是“存在一個速度為零的位置”,或者“速度函數在各處都是零的函數”?我認為,如果您更仔細地定義v是什麼,那麼您將消除混亂。
@HotLicks:最初的問題不是“什麼是速度為零但加速度不為零的情況?”-OP指出有很多這種情況。問題是“我的數學有什麼問題?”,數學有什麼問題是v與時間的函數和v與位置的函數的混合。但是,您的示例非常有用,因為它說明了一個基本問題:對於一個向上或向後下落的球的一維運動,**速度不是位置的函數**,因為有些位置具有兩個*不同的位置*速度!
六 答案:
hft
2015-03-03 07:06:05 UTC
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正確的說法是“如果v = 0且dv / dx是有限的,那麼a = 0”。

眾所周知,有一個簡單的例子可以幫助說明正在發生的事情在地球表面附近恆定加速度“ -g”的情況。在此示例中,我們將“ x”視為離地面的高度,並假定初始x為零。

在這種情況下,$$ x =-\ frac {gt ^ 2} {2} + v_0t $$$$ v = v_0-gt $$ and $$ a = -g $$ ,“ a”永遠不能為零,但是“ v”可以為零...那麼,給出什麼呢?好吧...求解t(x)得到$$ t(x)= \ frac {1} {g}(v_0 \ pm \ sqrt {v_0 ^ 2-2gx})$$和$$ v(x)\ equiv v(t(x))= \ pm \ sqrt {v_0 ^ 2-2gx} $$和so $$ \ frac {dv} {dx} = \ frac {\ pm g} {\ sqrt {v_0 ^ 2- 2gx}} $$ ...,只要v為零,它便是無限的。


此外,我認為可以通過考慮我們真正的意思來找到一種更自然的方式來考慮此問題$$ v(x)$$以及我們如何進行導數wrt

我們真正的意思是,給定“ v”的某種函數形式作為“ t”的函數,稱為“ v(t)”,給定“ x”的某種函數形式,作為“ x”。 “ t”的函數稱為“ x(t)”,並假定“ x(t)”可以求反以找到“ t(x)”,則如上所述,$$ v(x)= v(t( x))\;,$$是愚蠢的物理學家符號。這顯然是愚蠢的表示法,因為左側的“ v()”實際上不能具有與右側的“ v()”相同的形式。很清楚,對吧?因此,實際上我們將其稱為$ \ tilde v $。即,$$ \波浪線v(x)= v(t(x))$$此函數$ \波浪線v $是x的函數,關於x的導數為$$ \ frac {d \ tilde v} {dx}(x)= \ frac {dv} {dt}(t(x))\ frac {dt} {dx} = \ frac {\ frac {dv} {dt}(t(x))} {\ frac {dx} {dt}} = \ frac {a(t(x))} {v(t(x))} $$ Ie,(切換回愚蠢的表示法,不編寫函數參數)$$ \ frac {dv} {dx} = \ frac {a} {v} \;,$$ so,顯然,對於常數a,只要v = 0,dv / dx就是無限的。

“無窮”?你確定嗎?您顯然正在將未定義的值(在極限處)與無窮大混淆,尤其是在平方根為負值的情況下(大概是不允許複數):結果不存在,不是無限的。
口語上。
那不是口語,那是錯誤的...我認為這不太清楚
考慮一下我的拋到空中的球在時間T處的速度可能恰好為零,但是從那個時間開始(至少在牛頓力學中)*Δ* -T必然會具有非零的速度。我認為數學是錯誤的。
您認為*什麼*數學錯誤?顯然,在示例中,軌蹟的頂點處的速度為零,前後的速度都不為零...那又如何呢?
@hft-dv / dx是無限的斷言。
我認為他的觀點是,您在v = 0處有一個漸近線,左極限為+ infty,而右極限為-infty。數學上的問題是它在v = 0時是不確定的,但是對無窮大的討論給出了為什麼會這樣的直覺
Alfred Centauri
2015-03-03 08:34:25 UTC
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否,這並不意味著$ a = 0 $。

如果在某個值$ t = t_0 $處,加速度為非零而速度為零,則位置函數是最小值或最大值。也就是說,$ x(t)$在其中是 stationary

$$ x(t_0 + dt)= x(t_0)$$

表示在$ t = t_0 $

$$ \ frac {dx} {d \ dot x} = \ frac {dx} {dv} = 0 $$

因此$ \ frac {dv} {dx} $在$ t = t_0 $處是未定義

Paul
2015-03-03 09:04:25 UTC
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如果$ v $與wrt $ x $是可區分的且$ x $與wrt $ t $是可區分的,則可以應用鍊式規則。我認為沒有其他條件,因為MathSE上的這篇帖子似乎說, https ://math.stackexchange.com/questions/688152/necessary-conditions-for-the-the-chain-rule-of-differentiation-to-be-valid# =

>

並且此條件並非總是可用。當$ v = 0 $時,請確保$ \ frac {dv} {dx} $存在。

相關文章:何時可以寫$ a = v \ cdot dv / dx $?

stud
2015-03-03 13:02:13 UTC
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請注意,當您應用鍊式規則時,您假設dx不為零。這將為您清除它。

沒有人乘以或除以$ dx $。我們只是使用[鍊式規則](http://en.wikipedia.org/wiki/Chain_rule)。
那是同一回事。鍊式規則證明需要此標準。然後,我將編輯答案。
不,這不對。連鎖規則根本不依賴差異。
那麼@Ruslan的證明是什麼?我以為鍊式規則是為了區分,因此它的證明就是這個概念。
只需閱讀[Wikipedia文章](http://en.wikipedia.org/wiki/Chain_rule#Proofs)。
Eric Lippert
2015-03-04 05:31:02 UTC
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除了其他答案,我想採取其他辦法。這將是一個巨大的挑戰,而不是嚴格的數學論證,但我希望它能直觀地理解這個想法。

首先,正如我在評論中指出的那樣,並且如您所見,您正在使用“ v ”表示“速度隨時間變化”和“速度隨位置變化”。這很令人困惑,但是那裡沒有根本的問題。除了...

除了您的數學依賴於能夠根據位置區分速度之外。 這要求速度實際上是位置的函數

一維速度在什麼情況下可以實際上是函數 >位置? 每個位置必須完全有一個速度。這意味著我們的速度是什麼?永遠不要改變標誌!因為如果它確實改變了符號,那麼我們的粒子有時會向前移動,有時會向後移動,因此必須存在一個位置,它在前後方向都被遍歷,因此速度不會是位置的功能

因此,在不失一般性的前提下,讓我們假設速度永遠不會為負。讓我們還假設位置,速度和加速度函數是連續且可微的,而且都是好東西。

假設速度為正,加速度為零或正。

粒子正在向右側加速,它的位置正變得越來越大,如果加速度為正,則位置一直在加快,如果加速度為零,則位置一直在減慢。顯然,如果持續下去,速度永遠不會為零。

因此,讓我們假設速度為正,而加速度為負。我們的粒子越來越慢。請注意,請始終向右移動,因為假設速度是位置的函數。但是,隨著它變得越來越慢。

現在,假設它變得越來越慢,但是在任何時候都不會達到零速度。沒問題。加速度必須越來越接近零,但是加速度和速度都不會達到零。

好的,所以我們從考慮中消除了很多情況,零且速度永不改變,加速度為正且速度永遠不會變小的情況,加速度為負且速度越來越接近零但從未到達零的情況。我們只關心速度變為零的情況。 在速度變為零時,加速度會發生什麼?那時的加速度不能為 negative ,因為如果是加速度,粒子將開始向後移動,我們知道它不會這樣做。該點的加速度必須為零或為正。

假設速度為零時加速度為正。顯然,在速度變為零之前它是負數。如果加速度為正或零,我們就不可能從正速度減速到零。但這與我們的假設相反,即加速度函數是一個很好的平滑微分函數!加速度從負值立即變為正值而沒有經過零,因此不是一個很好的連續函數。

唯一剩下的可能性是在速度為零的點加速度為零。正是您想要顯示的內容。

這是怎麼回事?在所有這些情況下,要么加速度在該點處是不連續的,要么速度實際上不是函數數學要求的位置。

paparazzo
2015-12-19 00:01:41 UTC
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您從哪裡獲得替代品?

那不是分數形式的分數

它是dv(t)/ dt-您不能像這樣用dt代替
關於v到t

顯然導數具有不同的乘積規則
d(uv)/ dx = u dv / dx + v⋅du / dx

您所做的替代或等效操作沒有規則
沒有依據



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