向量的数量积.虽然我很无聊,但我很想知道向量的数量积到底有什么意义

向量的数量积.虽然我很无聊,但我很想知道向量的数量积到底有什么意义
做功的例子我觉得很模糊还有别的例子吗,物理上就最好了,最直观
之所以说做功的例子模糊是,一直没找到回答:为什么W=Fs?
这问题也纠结很久,网上都说功是力在位移什么累积?但这又怎么定义,我觉得好模糊,刚学的时候觉得功应该是和力和时间有关系才对啊?不是用同样的力所消耗能量应该是看你出了多久的力嘛,怎么跟位移扯上关系?
虽然说这公式强加给学生,反正就是这样记住就好,但我还是很想知道为什么?为什么两个矢量相成是标量,而且公式就是:a的模乘b的模成cos(x)
雨儿菲菲yeff 1年前 已收到1个回答 举报

我的妹妹天下 春芽

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先说物理上功的定义
功是力在空间上的累积
你的这句话“用同样的力所消耗能量应该是看你出了多久的力嘛”有点问题、功(或者说机械功)的大小判断标准不是消耗了多少能量、而是给了物体多少能量、使它运动、如果物体没运动、就算你消耗再多能量也无济于事、必须使物体运动才真正对它做了功、而对它做的功当然只是在它运动方向上才累积、所以有cos(x)这一项、功是物体间传递能量的一种方式
你所说的“出了多久的力”这个概念在物理学中有另一个概念、即
冲量:力在时间上的累积、它是物体间传递动量的方式(与能量一样、在完全弹性碰撞的过程中动量是守恒的)
再说数学
数学与物理总是相辅相成的、在物理中需要解决一种新问题时、需要数学知识的铺垫、所以数学发展基本上都是建立在物理问题之上的、
既然谈到了做功、那么就要用数学语言来描述功的定义式、于是人们就先假想了向量的数量积这种运算、即a矢量在b矢量方向上的投影.这样一来、我们就可以用数学语言来描述功了、考虑到功是标量、所以人们假定点乘结果是标量、这与做功的各种性质完全一致
好了、既然我们假定了数量积这种运算、就不能让它只在做功方面符合性质、继续推算、发现它在与向量的其他运算混合时仍然奏效、继续、物理学中很多的现象都可以用数量积来描述、比如:磁通量(磁感应强度在面积上的积累)、环流量(某个量在运动路径上的积累)等等的
至此、我们完全可以确立数量积这种运算、它符合一些物理规律、在数学上也兼容一套运算法则
拓展:向量(矢量)之间有很多运算、介绍以下四种:
数乘:一个标量与一个矢量相乘、(没什么好说的、结果是矢量、只是这个矢量的n倍)
点乘:也叫点积、标积、内积,就是功的定义
叉乘:也叫叉积、矢积、外积,两个矢量叉乘结果是矢量(你即将学到的洛伦兹力的标准定义式就是叉积、只不过高中不介绍)
并矢:两个矢量做并矢运算后结果是一个张量(可以用矩阵表示、标量、矢量都是是张量的特殊形式、只不过是在某些纬度没有而已、广义相对论就是用张量语言来描述的)

1年前 追问

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雨儿菲菲yeff 举报

(坑爹我有很多话想说但不够字数..)你说的我看了,功的问题懂了毕竟是初中的,但还是很难转到向量中,物理上力和位移是两个不同性质的矢量,但在数学中两条线段乘起来有什么意义,这才是纠结的问题,反正就是为什么向量*向量他是个数,他是个什么数,他与这两个向量在图形上什么的有什么关系,最好有除功外的例子,谢谢(顺便一问,你是个专业的老师吗?)

举报 我的妹妹天下

“数学中两条线段乘起来”这句话有错误 首先向量不是简单的线段、向量点乘更不是两条线段的简单相乘、 它在数学上的定义是a向量在b向量方向上的投影与b模乘积的大小、 (它就是这么定义的、正如加法是求两个数的和一样、别问为什么、这只是为了物理问题处理的方便) 所以向量点乘是标量 其他例子比如求磁场内某面积的磁通量、它的表达式就是B点乘S(面积S也可以定义方向)、数量积虽然是由功的问题引出、但点乘在物理上的主要应用不是物理量的表达、而是在一些定理中公式的表达(也可以说只是为了某些式子的简化表达)、比如麦克斯韦方程组的微分形式就是:微分算子分别与电场、磁场的点乘、叉乘满足的四个式子、由这四个式子可以描述一切电磁现象 我不是专业老师啊、、只要学到一定的高度就能俯视一些问题了、慢慢学了、你就自然会习惯了、学物理需要的是习惯、理解只占次要地位
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