ΕΝΝΟΙ ΤΟΥ ΙΝΥΣΜΤΟΣ Όπως είναι γνωστό από τη φυσική, τα διάφορα µεγέθη διακρίνονται σε βαθµωτά και διανυσµατικά. αθµωτά είναι τα µεγέθη τα οποία χαρακτηρίζονται µόνο από το µέτρο τους. Τέτοια µεγέθη είναι η µάζα, ο όγκος, το µήκος κ.λ.π. ιανυσµατικά είναι τα µεγέθη για τα οποία δεν είναι αρκετό το µέτρο τους για να τα χαρακτηρίσει. Η ταχύτητα ας πούµε ενός κινητού, γίνεται γνωστή όταν εκτός από το µέτρο γνωρίζουµε το δρόµο επί του οποίου γίνεται η κίνηση και τη φορά που έχει το κινητό επί του δρόµου αυτού. Άλλα τέτοια µεγέθη, είναι η επιτάχυνση, η δύναµη κ.λ.π. Τα διανύσµατα γενικά, είναι η µαθηµατική έκφραση των διανυσµατικών µεγεθών. Ειδικότερα, έχουµε: Ορισµός: ιάνυσµα είναι κάθε µη µηδενικό προσανατολισµένο ευθύγραµµο τµήµα. ηλαδή κάθε ευθύγραµµο τµήµα, του οποίου τα άκρα είναι διατεταγµένα, αποτελεί διάνυσµα που συµβολίζεται και απεικονίζεται από ένα βέλος, όπως στο σχήµα 1. Το σηµείο που είναι το πρώτο άκρο, αποτελεί την αρχή του διανύσµατος, ενώ το σηµείο που αποτελεί το δεύτερο άκρο, είναι το πέρας αυτού και σηµαδεύεται µε ένα βέλος. Πολλές φορές ένα διάνυσµα, συµβολίζεται και µε τα µικρά γράµµατα του Ελληνικού ή του Λατινικού αλφαβήτου. Έτσι έχουµε τα διανύσµατα α, β,c, d,... σχ.1 Στοιχεία του διανύσµατος Κάθε διάνυσµα, χαρακτηρίζεται από τα στοιχεία του, που είναι: 1. Φορέας: Φορέας του διανύσµατος, είναι η ευθεία επί της οποίας περιέχεται το διάνυσµα.
Έτσι ο φορέας του διανύσµατος (σχ. 1), είναι η ευθεία, που ονοµάζεται και διεύθυνση αυτού. ύο διανύσµατα που περιέχονται στον ίδιο φορέα ή σε παράλληλους φορείς, λέµε ότι είναι παράλληλα ή συγγραµµικά. ια τα συγγραµµικά διανύσµατα, συµβολίζουµε: // 2. Φορά διανύσµατος: Φορά ενός διανύσµατος, είναι η φορά της ηµιευθείας. Ειδικότερα, όταν δύο διανύσµατα τότε ενδέχεται:, είναι συγγραµµικά, i Να περιέχονται και τα δύο στο ίδιο ηµιεπίπεδο της ευθείας που ορίζεται από την αρχή τους (σχ. 3α) ή οι ηµιευθείες, να είναι η µία µέσα στην άλλη (σχ. 3β). σχ. 3β Σ αυτή την σχ. 3α περίπτωση, τα διανύσµατα έχουν την ίδια φορά και λέµε ότι είναι οµόρροπα, ενώ συµβολίζουµε: րր Tα οµόρροπα διανύσµατα λέµε ότι έχουν την ίδια κατεύθυνση. ii Να περιέχονται στα διαφορετικά ηµιεπίπεδα της ευθείας που ορίζεται από την αρχή τους (σχ. 4α) ή οι ηµιευθείες, να µη περιέχει η µία την άλλη (σχ. 4β). Στην περίπτωση αυτή τα διανύσµατα έχουν αντίθετες φορές και λέµε ότι είναι αντίρροπα, ενώ συµβολίζουµε: րւ σχ 4α
3. Μέτρο: Μέτρο του διανύσµατος, είναι η απόσταση των άκρων του. ηλαδή το µέτρο του διανύσµατος είναι το µήκος () του ευθυγράµµου τµήµατος που απεικονίζει το διάνυσµα. Το µέτρο του διανύσµατος συµβολίζεται σχ. 4β και ισχύει: = ( ) 0 Ίσα διανύσµατα Όταν τα διανύσµατα, είναι οµόρροπα και έχουν το ίδιο µέτρο, τότε λέµε ότι είναι ίσα και συµβολίζουµε: = Πρόταση 1: ν τα διανύσµατα, δεν περιέχονται στον ίδιο φορέα, ισχύει η ισοδυναµία: = παραλ/µο Πρόταση 2: των ισοτήτων: = Η παραπάνω ισοδυναµία, εξασφαλίζει την ισοδυναµία = = = Πρόταση 3: και µόνον αν: Το σηµείο Μ είναι µέσον του ευθυγράµµου τµήµατος αν Μ=Μ Η απόδειξη να γίνει από τους µαθητές
ιάνυσµα θέσεως Θεωρούµε διάνυσµα α και σηµείο Ο (σχ. 7). πό τον ορισµό της ισότητας, προκύπτει ότι υπάρχει µοναδικό σηµείο, ώστε να ισχύει: α Ο=α Το διάνυσµα Ο, ονοµάζεται διάνυσµα θέσεως του Ο σηµείου ή διανυσµατική ακτίνα του. σχ. 7 Είναι φανερό ότι το σηµείο Ο µπορεί να γίνει κοινή αρχή όλων των διανυσµάτων του χώρου, γι αυτό ονοµάζεται σηµείο αναφοράς στο χώρο. ντίθετα διανύσµατα Ορισµός: ύο διανύσµατα είναι αντίθετα, αν και µόνον αν είναι αντίρροπα και έχουν ίσα µέτρα. ια τα αντίθετα διανύσµατα, σηµειώνουµε: = και είναι φανερό ότι ισχύει η ισοδυναµία: = =
Μηδενικό διάνυσµα Ορισµός: Κάθε διάνυσµα του οποίου τα άκρα ταυτίζονται, ονοµάζεται µηδενικό και συµβολίζεται 0. Ο ορισµός αυτός µας επιτρέπει να συµπεράνουµε: 1. Όλα τα µηδενικά διανύσµατα είναι ίσα µεταξύ τους. 2. Κάθε σηµείο, είναι µηδενικό διάνυσµα. 3. Το µέτρο του µηδενικού διανύσµατος, είναι µηδέν. Ενώ δεχόµαστε ότι: 1. Ο φορέας του µηδενικού διανύσµατος, είναι οποιαδήποτε ευθεία που περνά από το σηµείο. υτό σηµαίνει ότι κάθε µηδενικό διάνυσµα, είναι συγγραµµικό οποιουδήποτε διανύσµατος. 2. Το µηδενικό διάνυσµα, έχει οποιαδήποτε φορά. ωνία δύο διανυσµάτων Θεωρούµε τα µη µηδενικά διανύσµατα α, β και σηµείο Ο. ν είναι Ο=α, Ο =β, την κυρτή γωνία Ο ονοµάζουµε γωνία των διανυσµάτων α, β β, α. Είναι αυτονόητο ότι: και τη συµβολίζουµε µε ( ) ή ( ) 1. ν τα διανύσµατα είναι οµόρροπα, τότε η γωνία τους είναι µηδέν. 2. ν τα διανύσµατα είναι αντίρροπα, τότε η γωνία τους είναι π 3. Όταν η γωνία Ο είναι ορθή, τότε λέµε ότι τα διανύσµατα είναι κάθετα και συµβολίζουµε α β.