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李永乐

全网科普视频播放量超10亿次的“国民老师”；

北大物理和经济学双学士，清华电子工程硕士；

人大附中著名物理教师，十余年从教经历；

数百名学生考入清华北大，十余位学生获得物理竞赛金牌；

北京物理学会“国际物理奥赛金牌教练”。

第一章 运动的描述

第1讲 运动

这一节我们来学习与运动有关的概念。

机械运动

“运动”一词可以泛指宇宙间所发生的一切变化和过程。在本书中，我们主要讨论的是机械运动，它特指一个物体相对于另一个物体位置的变化，是一种狭义的运动。简单来说，我们可以把机械运动分为平动、转动和复合运动。

在运动过程中，物体上任意两点所连成的直线始终保持平行，这种运动叫作平动。如图1.1.1（a）所示，我们可以拿着黑板擦在黑板上左右擦、上下擦、斜着擦，只要在这一过程中黑板擦的指向没有发生变化，它的运动就都是平动。

在运动物体上，除转动轴上各点外，其余各点都绕同一转动轴线做圆周运动，这种运动叫作转动。如图1.1.1（b）所示，我们可以拿着黑板擦绕中心点转动，或者绕边缘一点转动，又或者绕黑板擦外一点转动，这些运动都叫转动。

如果一个独立的成形运动，是由两个或两个以上的旋转运动或直线运动，按照某种确定的运动关系组合而成，这种运动叫作复合运动。以摩天轮为例，如果我们只看摩天轮的大轮盘，它是在转动的；如果我们只看摩天轮上朝向固定的小座舱，它是在平动的。因此从整体上看，摩天轮上小座舱的运动其实是结合了平动和转动的复合运动。

我们再来讨论一个关于复合运动的例子。如图1.1.2所示，当自行车的车轮在地面上无滑动地向前滚动时，它的运动也是结合了平动和转动的复合运动。

事实上，在大学的物理课程里，我们会学习到车轮的这种复合运动可以看作是车轮绕着它与地面的切点的转动。其实，车轮在往前运动的瞬间，车轮上贴着地面的点的速度跟地面的速度是一样的。由于地面没有动，所以车轮上贴着地面的点也没有动。因此，车轮的运动既可以看作是平动和转动的复合运动，也可以看作是车轮绕其与地面切点的转动。