【坐標系】
坐標系並不是代表實在物體的概念,而是一種純粹作為概念的概念
坐標系的本質是一個空間位置測量系統(簡稱定位系統),因此,任何一個坐標系必須由長度和角度測量手段共同制定,同時它本身一定附帶了它所度量的空間的維結構特徵
最基本的坐標系是坐標軸,這是一種一維坐標系,我們在沒有確認該坐標係為直線坐標系前,通常把它視為一個自然坐標系:
任何一個坐標系都有原點(坐標為0的點)
任何一個坐標系都有方向(沿着指定的正方向,坐標數值遞增,反之遞減)
坐標系用刻度來度量自身,這表明坐標系直接適應自身的空間結構
坐標系按某種規則參考這些刻度去度量其他被測對象獲得 坐標 作為度量結果(具體度量規則取決於坐標系的坐標制定規則)
常見坐標系:
1----數軸
如上圖,物理中通常並不默認數軸必須為直線,但應該是光滑曲線(含直線)
其上的兩段相等的長度可以通過平移來重合,即滿足長度平移的不變性(類似前面我們說過的尺,因此實際上數軸就是一條尺)
存在於數軸空間(一維)的任意點,均以數軸上與該點重合的點的刻度(實數)為坐標
2----極坐標系
左圖為真正的極坐標系:
經線從原點向外為正向,其上緯坐標遞增,緯線圈逆時針為正,其上經坐標從0到2π遞增,0與2π重合
右圖為簡記圖,以r代表緯坐標,以θ代表經坐標
這樣的極坐標系同時以一個長度和一個角度共同來為坐標系二維空間內一點定位,其方法是:
(緯坐標,經坐標)
例如圖中黑點位置記為(r,θ)=(5,5π/4)
3----平面直角坐標系
左圖為真正的平面直角坐標系:
緯線沿水平方向向右為正向,經坐標x遞增
經線沿豎直方向向上為正向,緯坐標y遞增
右圖為簡記圖
這樣的坐標系同時以兩個長度共同為坐標系二維空間內一點定位,其方法是:
(經坐標,緯坐標)
例如圖中黑點位置記為(x,y)=(-4,-3)
你也許會問,這樣的坐標系似乎和角度測量無關?
事實是顯然有關,任意一條經線和任意一條緯線之間是互相垂直的,這個角度必須由某種角度測量手段來制定
事實上,二維空間與一維空間的本質區別就是增加了角度這種空間結構元素,任何二維空間都不可能脫離這一元素來構成自己的空間結構