位置矢量,是指在某一时刻,以坐标
原点为起点,以运动质点所在位置为终点的有向线段。
位移和位矢虽然都是矢量,但二者是两个不同的概念。位矢是在某一
时刻,以坐标原点为起点,以运动质点所在位置为终点的有向线段;而位移是在一段时间间隔内,从质点的起始位置引向质点的终止位置的有向线段。
定义
位置矢量,是指在某一时刻以坐标原点为起点,以运动质点所在位置为终点的有向线段。
仿射几何学定义:A为仿射空间,若确定任意一点 ,则使 的A的元素p与V的元素α有一一对应的关系。这样的α称为以O为起点的p的位置矢量,以 表示。
说明
①质点在参照系内选定坐标系中的位置矢量,是一根由坐标系原点指向质点所在位置的有向线段,如图1的r。
②对于
直角坐标系,质点的位置矢量可用x、y、z来确定,其大小为 。其方向的余弦分别为 ,且 。
与位移的区别
位矢描述的是在某一时刻运动质点在空间中的位置;而位移描述的是在某一时间间隔内运动质点位置变动的大小和方向。位矢与时刻相对应;位移与时间间隔相对应。
矢量运算
1. 矢量A和B相加定义为两矢量的和,用新矢量A+B表示。用的
平行四边形法则或首尾相接法则进行
A和B相减定义为两矢量的差,用新矢量A-B表示。写为A-B=A +(-B),按B反向再与A相加。
矢量的加(减)运算法则:
交换律:A+B=B+A;
结合律:A+B-C=A+(B-C)=(A+B)-C。
2. 标量ƒ与矢量A的乘积定义为一新矢量ƒA,它是A的ƒ倍。
3. 两矢量A和B的标量积定义为标量 ,又称为点积。其量值为两矢量的模与两矢量间夹角α (0≤α≤180°)的余弦之积。
特点:
(1)两矢量的点积为一标量,其正、负取决于α是锐角还是钝角;
(2)点积遵从交换律;
(3)A与B相互垂直,|A||B|cosα=0,反之亦然;
(4)在直角坐标下A、B的点积运算:将两矢量的各分量逐项点乘。矢量的点积遵循分配率。
4. A和B的矢量积表示为A×B,又称为叉积。
特点:
(1)两矢量的叉积是一个矢量;
(2)叉积不遵从交换率,应是A×B=-(B×A);
(3)A、B相平行(α= 0或180°)时,A×B=0,反之亦然------两矢量平行的充要条件;
(4)A自身的叉积为零,即A×A=0。
相对位置矢量
相对位置矢量可表示空间任意两点之间的位置关系。R是以P'点为起点、P点为终点的空间矢量,它的模表示P点相对于P'点的距离,它的方向表示P点相对于P'点所处的方位,则称R为P点相对于P'点的相对位置矢量。
若考虑P'点相对于P点的相对位置矢量R',则R'的方向是由P点指向P'点,有R'=-R。
任何真实的物理场,都有其产生的根源即所谓的场源,例如静止电荷是静电场的场源,恒定电流是恒定磁场的场源,等等。场源和它所产生的物理场总是与空间概念联系在一起的。以后我们将要研究的电磁场和它的源之间存在的关系,其中场源所在位置的点和需要确定场量(如电场强度矢量和磁场强度矢量)的点需要在名称和符号上加以明确的区分。场源所在位置的点简称源点,用加撇的源点坐标 (x', y', z') 或r'表示;需要确定场量的点简称场点,用不带撇的场点坐标(x, y, z)或r表示。于是,R就具有了场点相对于源点的相对位置矢量的特殊含义。
至于空间普通两点的相对位置矢量,可通过加双下标予以区别,如将P2点相对于P1点的相对位置矢量记为R12,其方向是由P1点指向P2点。
相对坐标函数
与相对位置矢量有关的一类函数,其变量为场点与源点的坐标差。相对坐标标量函数和相对坐标矢量函数分别记为。