质点的位矢
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除了课程中介绍的直角坐标系、平面极坐标系、自然坐标系之外,常用的坐标系还有球坐标系、柱坐标系等。坐标系的作用是定量、精确地表示质点的位置、运动快慢、运动方向等,是一个数学工具,并非参考系。同一个参考系中,可以用不同的坐标系反应同一个物理量,虽然表达式可能不一样,但是各种坐标系给出的表达式之间可以通过坐标变换相互实现,所描述的物理意义也完全相同。

坐标系的创立者是笛卡尔。据说,笛卡尔有一次卧病在床,但是他在反复思考如何把直观的几何图形与抽象的代数方程结合在一起。他看见房间顶角有只蜘蛛,拉着丝垂了下来,一会儿,蜘蛛又顺着丝爬上去,然后左右拉丝。蜘蛛的“表演”使笛卡尔豁然开朗。他把蜘蛛看作一个点,在房间里上、下、左、右运动的每个位置可以用一组数来确定。
他又把房间里相邻的两面墙并地面相交的三条线看作相交于墙角的三根数轴,那么空间中任意一点的位置,都可以用这三根数轴上对应的三个数来表示。反过来,任意有顺序的三个数,也可以用空间中的一个点来表示。这种方法同样可以反映平面上的点与有顺序的两个数之间的对应关系。于是笛卡尔创建了直角坐标系。
只要把点和数联系起来,也就可以把几何与代数联系起来。直角坐标系的创建,在代数和几何上架起了一座桥梁,使几何概念能够用代数方法来描述,几何图形可以通过代数形式来表达。虽然这只是传说,但是笛卡尔不愧为科学巨匠,他在创建直角坐标系的基础上,创造了用代数方法来研究几何图形的数学分支——解析几何。

