大学物理自然坐标系中的加速度中的推导?

大学物理自然坐标系中的加速度中的推导?

一、直角坐标系

我们假设

于是,有

于是,有

二、极坐标系

我们假设

其中, ,

求导,

所以,

其中, 为径向速度, 为横向速度,而 就是我们所常说的角速度

接着,对速度求导,得到加速度

整理,得

其中 ,称为径向加速度, ,称为横向加速度,有时写作

三、自然坐标系

我们假设

又因为 , , 为曲率半径的定义式,所以 , 为质点轨迹的曲率半径

于是,我们得到

其中 称为切向加速度, 称为法向加速度

值得注意的是,当质点切向加速度为零且法向加速度为定值时,

我们可以得到 ,也就是说质点的轨迹一定为圆,其向心加速度的大小为

四、柱坐标系

我们假设 ,下面将 简记为 , 记做

与极坐标形式下的证明几乎一致,读者不妨自证。

五、球坐标系

在球坐标下,我们知道 , ,

其中 , ,

我们知道

所以

我们知道 , ,

所以,

所以,

所以,

另外,对于多元函数 ,我们知道

接着,我们求得

, ,

最后一项也可写为