球坐标系速度和加速度的推导

做法之一

球坐标基矢按直角坐标展开:

球坐标系的基矢不像直角坐标的基矢一样是固定的,而是随坐标的改变而改变:

所球坐标系中的坐标的表达式为:

速度的表达式为:

而:

所以:

加速度的表达式为:

而:

其中 $\dot{\hat{\theta}}$ 和 $\dot{\hat{\varphi}}$ 为:

则:

最终得加速度的表达式为:

做法之二

坐标基矢之间的变换:

坐标基矢之间的逆变换:

坐标之间的变换:

坐标之间的逆变换:

质点位置的表达式:

将坐标的变换和基矢的变换代入可得:

速度的表达式为:

其中

代入变换关系可得:

加速度表达式为:

代入变换关系可得