【坐标系】
坐标系并不是代表实在物体的概念,而是一种纯粹作为概念的概念
坐标系的本质是一个空间位置测量系统(简称定位系统),因此,任何一个坐标系必须由长度和角度测量手段共同制定,同时它本身一定附带了它所度量的空间的维结构特征
最基本的坐标系是坐标轴,这是一种一维坐标系,我们在没有确认该坐标系为直线坐标系前,通常把它视为一个自然坐标系:
任何一个坐标系都有原点(坐标为0的点)
任何一个坐标系都有方向(沿着指定的正方向,坐标数值递增,反之递减)
坐标系用刻度来度量自身,这表明坐标系直接适应自身的空间结构
坐标系按某种规则参考这些刻度去度量其他被测对象获得 坐标 作为度量结果(具体度量规则取决于坐标系的坐标制定规则)
常见坐标系:
1----数轴
如上图,物理中通常并不默认数轴必须为直线,但应该是光滑曲线(含直线)
其上的两段相等的长度可以通过平移来重合,即满足长度平移的不变性(类似前面我们说过的尺,因此实际上数轴就是一条尺)
存在于数轴空间(一维)的任意点,均以数轴上与该点重合的点的刻度(实数)为坐标
2----极坐标系
左图为真正的极坐标系:
经线从原点向外为正向,其上纬坐标递增,纬线圈逆时针为正,其上经坐标从0到2π递增,0与2π重合
右图为简记图,以r代表纬坐标,以θ代表经坐标
这样的极坐标系同时以一个长度和一个角度共同来为坐标系二维空间内一点定位,其方法是:
(纬坐标,经坐标)
例如图中黑点位置记为(r,θ)=(5,5π/4)
3----平面直角坐标系
左图为真正的平面直角坐标系:
纬线沿水平方向向右为正向,经坐标x递增
经线沿竖直方向向上为正向,纬坐标y递增
右图为简记图
这样的坐标系同时以两个长度共同为坐标系二维空间内一点定位,其方法是:
(经坐标,纬坐标)
例如图中黑点位置记为(x,y)=(-4,-3)
你也许会问,这样的坐标系似乎和角度测量无关?
事实是显然有关,任意一条经线和任意一条纬线之间是互相垂直的,这个角度必须由某种角度测量手段来制定
事实上,二维空间与一维空间的本质区别就是增加了角度这种空间结构元素,任何二维空间都不可能脱离这一元素来构成自己的空间结构