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為什麼物理學中不研究加加速度,就是位移的三階導數?


有研究的。

大多數物理系統設定都是符合微分方程解的存在唯一性,而且大多數的物理系統的解對初值和參數都有連續依賴性和可微性,只要給出初值和參數,就可以唯一的確定此後的動力學演化過程中的全部信息。之所以不寫三階導數,是因為已經足夠包含所有關於一個系統的信息了。

但是也有時候會寫譬如如下所示的jerk function:

之所以提出它是因為在一些系統中,用一階導數和二階導數都不足夠方便的描述一個動力系統的不易引人察覺的變化。

比如研究Chaos的時候,對於一點perturbation(比如初始位置、初始速度等的微小變化),都可能使得最終的動力系統的演化情況相差的很多,那麼用一階導數,雖然也能用,但不是十分好的選擇(有點類似於在討論粒子物理的時候通常不用國際單位制,而用自然單位制)。這時候在有些系統中,用三階導數能夠更簡潔的描述其運動。

舉個例子:jerk equation(隨手找了一篇文章Chaotic and Hyperchaotic Complex Jerk Equations):

比如如下的jerk equation的表述就比較簡潔:

它可以化成

其中,令

z=u_{1} +iu_{2} ,x=u_{3} +iu_{4} ,y=u_{5} +iu_{6}

可以化成:

(可見jerk equation更為簡潔優美)

然後這是模擬的結果:

其中:

alpha=1,eta=4,v=-5,eta=1

初值為:t_{0}=0, u_{1} (0) =4,u_{2} (0) =1,u_{3} (0) =-2,u_{4} (0) =2,u_{5} (0) =-1,u_{6} (0) =1.


突然想起一句話,「抑制了房價過快上漲的趨勢」


加加速度 誰說不研究了。。急動度這種東西也是很有用的好么!

補充一句,急動度一般用在工程學上,可以用來描述人體舒適程度

此外還有加加加速度也叫痙攣度。。


樓上幾位的解釋很好,但是不要說沒有物理學背景的普通人,我覺得就連學過普通大學物理的都應該看不懂吧。我來個科普向的解釋好了 ("ω"*)アハ?

簡單的說,在電梯、車輛、機械裝置中的運動工件等的加速運動過程中,如果突然加速,也就是加速度突然由0變為a,會產生各種不適應的表現。

舉個栗子,電梯的加速上升運動中,如果是初速度為0的勻加速運動,v=ats=frac{1}{2} at^{2} ,在加速的那一刻,人體瞬間受到向上的大小為m(a+g)的推力,人體會很不適。如果是「勻加加速度運動」,a=jtv=frac{1}{2} jt^{2} s=frac{1}{6} jt^{3} ,這樣給了人體一段適應的時間,乘坐電梯會舒適很多。

另外,加加速度對於運動工件的材料也有影響,當物體有加加速度時物體所承受的衝擊載荷是隨時間變化的,對高速運轉和振動而言尤為顯著。比如火車的直線軌道和圓弧軌道連接處,如果直接連接,那麼連接點火車的法向加速度會由0瞬間增加到frac{v^{2} }{R} ,慣性離心力會使此處外側鐵軌瞬間受到大小為frac{mv^{2} }{R} 的壓力,帶來的衝擊載荷會引起劇烈振動,對鐵軌材料有很大的損傷。那麼,將直接連接改為接上一段曲率由0逐漸增加為frac{1}{R} 的緩和曲線軌道,從而使法向加速度由0逐漸增加到frac{v^{2}}{R} ,避免了衝擊載荷的影響。簡要推導一下可得緩和曲線的方程為y=frac{1}{6} kx^{3}

至於在混沌理論和非線性動力學中的應用,絕大部分普通知友也接觸不到,看樓上幾位大神的答案就好了,再次不介紹了。


我們也研究,但是三階並沒有二階一階那麼重要,因為一階是速度,二階有f=ma。


舉一個栗子: 知道y=exp{x}的情況下, y" 是多少? 很簡單就能算出來

同樣的, 如果知道了物體運動的方程是F=mx"", 那麼x"""的方程式什麼? 只要方程兩邊導一下就可以了, 但是為什麼不能只研究x"呢, 可以的, mx. 但是這個積分微分方程看著有點心塞而已.

所以一切都是為了方便, 沒有什麼為什麼.


因為我們這個世界的規律就是這樣,物理規律取決於位移的二階導數,不取決於三階。

至於這一點是不是取決於更深層次的原理?反正我的了解里量子力學好像是解釋不了的,在量子力學裡面哈密頓裡面沒有坐標三次導數項,也是大家很默契的承認的,沒有人說為什麼...

至於在量子場論以及基本粒子物理學裡能否解釋我就不清楚了。


根據實際需要來研究,我記得在大學物理中好像講過,火車鐵軌在彎道時,不能用直軌直接連接圓軌,因為在連接處突然產生向心加速度,也就是曲率突然由0變為了半徑的倒數。在實際修建時,要使鐵軌的曲率連續增加,也就為了使加速度連續增加,在這裡研究加速度的變化,也就是題主說的「加加速度」。


從德拉姆上同調的角度看,我們不需要研究trivial的dddx。

ddx是守恆率。

dx highly nontrivial,所以研究最多。

大概懂了?!


「慢點踩油門!」

實際上就是用三階導數控制位移。

---來自忘記在哪個貼吧看到的評論


恆定的加速度應該是恆力運動的結果,那麼變力運動的話,物體的加速度肯定也是變化的,那麼就需要衡量加速度的變化值了。。。

或者說那個加速度的變化程度完全可以用力的變化程度來代替?


看到這個問題順便想到的是Lagrange的運動方程:

frac{d}{dt} frac{partial L}{partial q

是通過hamilton原理給出的,在這其中,研究三階是對我們了解運動是並沒有什麼價值的。也就是說二階的就夠了

BTW,我覺得Gregory Tang的答案很有啟發性


這個在機械上叫躍度,描述衝擊的


我再來編一個答案,試圖從量子力學的角度解釋為什麼我們這個世界的運動規律是可以用二階的微分方程來描述的。

眾所周知,所謂觀測量在量子層面就是自伴運算元。考慮一個一維體系,你至多可以找出兩個運算元,使得它們的李括弧是常數,這就說明為了描述一維體系,至多需要兩個獨立的變數。


「加速是否穩定」需要衡量的的就是加加速度。


二階導是世界之根本吧


物理學不負責告訴你世界為什麼會這樣,他只負責告訴你世界是什麼樣的。

想要研究「如果世界是凹的會怎麼樣,如果世界是凸的會怎麼樣」,是數學的事情


從回答可以非常明顯地看出理論物理與工程之間的區別。

加速度,就是合外力(除以質量,那不重要)。在具體的工程應用里,加速度的變化率是非常重要的:你不會希望你坐的電梯、火車、公共汽車什麼的,從平穩運行突然變成全力加速。讓這些載具的加速度平穩提高,應當是一個挺基本的要求。


其實尼克松總統研究過。應該結果是降低了美國經濟衰退的加速度。。。。。


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