位矢(Position Vector)是一个描述某一时刻质点所在空间位置的物理量,其大小和方向可以用以下公式表示:
位矢的大小
\[ r = \sqrt{x^2 + y^2 + z^2} \]
其中,\( x \)、\( y \)、\( z \) 分别为质点在空间直角坐标系中的三个坐标分量。
位矢的方向
由三个方向余弦确定,即:
\[ \cos\alpha = \frac{x}{r}, \quad \cos\beta = \frac{y}{r}, \quad \cos\gamma = \frac{z}{r} \]
其中,\( \alpha \)、\( \beta \)、\( \gamma \) 分别为位矢与 \( x \)、\( y \)、\( z \) 轴的夹角。
求位矢的步骤:
确定坐标分量
首先,需要知道质点在空间直角坐标系中的三个坐标分量 \( x \)、\( y \)、\( z \)。
计算位矢的大小
使用公式 \( r = \sqrt{x^2 + y^2 + z^2} \) 计算位矢的大小。
计算方向余弦
使用公式 \( \cos\alpha = \frac{x}{r}, \quad \cos\beta = \frac{y}{r}, \quad \cos\gamma = \frac{z}{r} \) 计算位矢的方向余弦。
确定方向
根据计算出的方向余弦,可以确定位矢的方向。方向余弦分别对应于位矢与 \( x \)、\( y \)、\( z \) 轴的夹角。
示例:
假设质点在某一时刻的坐标为 \( (x, y, z) = (1, 2, 3) \),则位矢为:
大小
\[ r = \sqrt{1^2 + 2^2 + 3^2} = \sqrt{1 + 4 + 9} = \sqrt{14} \]
方向余弦
\[ \cos\alpha = \frac{1}{\sqrt{14}}, \quad \cos\beta = \frac{2}{\sqrt{14}}, \quad \cos\gamma = \frac{3}{\sqrt{14}} \]
方向
位矢的方向由 \( \cos\alpha \)、\( \cos\beta \)、\( \cos\gamma \) 确定,分别对应于 \( x \)、\( y \)、\( z \) 轴的夹角。
通过以上步骤,可以求出质点在某一时刻的位矢。