運動 (物理學)

在物理學中，運動是指物體在空間中的相對位置隨著時間而變化。討論運動必須取一定的參考系，但參考系是任選的。運動是物理學的核心概念，對運動的研究開創力學這門科學。現代物理學是建立在力學基礎上的科學，物理學中的各個科目只有在建立起一套力學規律後才被視為完備的學科。

研究歷史

運動是人類最習以為常的自然現象。但人類史上各古文明中，只有古希臘人認真研究過運動。亞里斯多德的《物理學》闡述一套系統的運動理論，是古希臘人對運動研究的最高成就。亞里斯多德把運動分為兩種：天然運動（如天體的圓周運動和物體的自由下落）和激發運動（如投擲或推拉一個物體）。亞里斯多德認為，力是物體保持運動狀態的原因。對於天然運動，這個力來源於自身重力，對於激發運動，則來源於外加力。

17世紀，隨著伽利略等人對運動進行深入系統的研究。人們意識到物體在不受外力的情況下，將保持原有的運動狀態；力不是維持運動的原因，而是改變運動狀態的原因。這些認識被牛頓總結為牛頓運動定律，得出了普適的運動方程式，可以精確計算物體的運動軌跡。以此為基礎，建立起了古典力學。

20世紀初，愛因斯坦提出相對論，改變人類對時間和空間的觀念。運動的觀念也隨之修正。三維空間中的運動軌跡已不足以完整的刻劃運動，要以四維時空中的軌跡（「世界線」）取代之。

三維運動空間和四維時空射影空間，愛因斯坦提出相對論後，四維時空射影空間開始在物理學界走俏。其實，愛因斯坦的四維時空，其三個獨立的空間坐標和時間坐標是緊密相關聯的，它們並非是四個毫不相關聯的獨立坐標，所以，愛因斯坦的四維時空恰好就是和三維運動空間完全等價的射影空間。

量子力學的出現也賦予運動以新的意義。在量子力學中，運動不再具有確定的軌道。運動方程式（薛丁格方程式）所描述的是系統波函數在全空間中的演化。路徑積分則認為，物體運動並非沿著單一的路徑運動，而是在（相空間裡）起點和終點間所有可能的路徑上運動。

定義

機械運動

在物理學中，把一個物體相對於另一個物體位置的變化稱作為機械運動，簡稱運動。

參照物

要判斷一個物體是否在運動，必須選擇另一個物體作為標準，這個作為標準的物體叫做參照物。對於同一個物體的運動，選擇的參照物不同，得出的結論也有可能是不同的。

運動和靜止的相對性

自然界中一切物體都在運動，因為地球本身在自轉，所以絕對靜止的物體是不存在的。通常所描述的物體的運動或靜止都是相對於某一個參照物而言的。同一個物體是運動還是靜止，取決於所選的參照物，這就是運動和靜止的相對性。

相對靜止的條件：兩個物體向同一方向，以同樣的快慢前進。

勻速直線運動

主條目：等速直線運動

物體沿直線運動時，如果在相等時間內通過的路程都相等，這種運動叫勻速直線運動。

路程

運動物體通過的路徑的長度稱為路程。在國際單位中，路程的單位是米（m）。

比較物體運動快慢的三種方法

• 比較物體通過相等路程所用的時間的長短，所用時間短的運動得快
• 比較物體在相等時間內通過路程的長短，通過路程較長的運動得快
• 物體通過的路程和時間都不相等時，比較路程與時間的比值（單位時間內通過的路程），比值大的運動得快

速度

作等速直線運動的物體，單位時間內通過的路程稱為該物體運動的速度。

速度公式

計算公式：${\displaystyle v={\frac {s}{t}}}$。 國際單位：米/秒（m/s）；常用單位：千米/時（km/h）。

變速直線運動

物體沿直線運動，如果在相等時間內通過的路程不相等，這種運動就稱為變速直線運動。

平均速度

做變速直線運動的物體通過的路程除以所用的時間，就是物體在這段時間內的平均速度。

平均速度公式

計算公式：${\displaystyle v={\frac {s}{t}}}$。 國際單位：米/秒（m/s）。

參見

• 運動方程式
• 牛頓運動定律