Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

В повседневном использовании и в кинематике , то скорость (обычно называемый V ) объекта является величиной изменения его положения ; таким образом, это скалярная величина. [1] средняя скорость объекта в интервале времени является расстояние , пройденное объекта , деленная на длительность интервала; [2] мгновенная скорость - это предел средней скорости, поскольку продолжительность временного интервала приближается к нулю.

Скорость имеет размеры от расстояние , деленное на время. Единица СИ скорости является метром в секунду , но наиболее распространенная единица скорости в использовании повседневного является километром в час , а в США и Великобритании, милях в час . Узел обычно используется для воздушных и морских путешествий .

Согласно специальной теории относительности , максимальная скорость, с которой может перемещаться энергия или информация , - это скорость света в вакууме c =299 792 458 метров в секунду (приблизительно1 079 000 000  км / ч или671 000 000  миль / ч ). Материя не может достичь скорости света, так как для этого потребуется бесконечное количество энергии. В физике относительности понятие скорости заменяет классическое представление о скорости.

Определение [ править ]

Историческое определение [ править ]

Итальянскому физику Галилео Галилею обычно приписывают то, что он первым измерил скорость, учитывая пройденное расстояние и время. Галилей определил скорость как расстояние, пройденное за единицу времени. [3] В форме уравнения, то есть

v знак равно d т , {\ displaystyle v = {\ frac {d} {t}},}

где скорость, расстояние и время. Например, велосипедист, который преодолевает 30 метров за 2 секунды, развивает скорость 15 метров в секунду. Движущиеся объекты часто имеют разную скорость (автомобиль может двигаться по улице со скоростью 50 км / ч, замедляться до 0 км / ч, а затем развивать скорость до 30 км / ч).

Мгновенная скорость [ править ]

Скорость в какой-то момент или предполагаемая постоянной в течение очень короткого периода времени называется мгновенной скоростью . Посмотрев на спидометр , можно узнать мгновенную скорость автомобиля в любой момент. [3] Автомобиль, движущийся со скоростью 50 км / ч, обычно движется с постоянной скоростью менее одного часа, но если бы он действительно шел с такой скоростью в течение целого часа, он бы проехал 50 км. Если автомобиль продолжит движение на этой скорости в течение получаса, он преодолеет половину этого расстояния (25 км). Если бы он продолжался всего одну минуту, он бы преодолел около 833 м.

С математической точки зрения, мгновенная скорость определяется как величина мгновенной скорости , то есть производная положения по времени : [2] [4]

Если - длина пути (также известного как расстояние), пройденного до времени , скорость равна производной по времени от : [2]

В частном случае, когда скорость постоянна (то есть постоянная скорость по прямой), это можно упростить до . Средняя скорость за конечный интервал времени - это общее пройденное расстояние, деленное на продолжительность.

Средняя скорость [ править ]

В отличие от мгновенной скорости, средняя скорость определяется как общее пройденное расстояние, разделенное на временной интервал. Например, если расстояние в 80 километров преодолевается за 1 час, средняя скорость составляет 80 километров в час. Аналогичным образом, если за 4 часа преодолевается 320 километров, средняя скорость также составляет 80 километров в час. Если расстояние в километрах (км) разделить на время в часах (ч), результат будет в километрах в час (км / ч).

Средняя скорость не описывает изменения скорости, которые могли иметь место в течение более коротких интервалов времени (поскольку это все пройденное расстояние, деленное на общее время движения), поэтому средняя скорость часто сильно отличается от значения мгновенной скорости. [3] Если средняя скорость и время в пути известны, пройденное расстояние можно рассчитать, изменив определение на

Используя это уравнение для средней скорости 80 километров в час за 4-часовую поездку, мы получаем, что пройденное расстояние составляет 320 километров.

Выраженная в графическом языке, то наклон из касательной линии в любой точке расстояния времени графики является мгновенной скоростью в этой точке, в то время как наклон линии хорды одного и тот же граф средней скорости в течение интервала времени , охваченная аккорд. Средняя скорость объекта Vср = с ÷ t

Разница между скоростью и скоростью [ править ]

Скорость обозначает только то, насколько быстро движется объект, тогда как скорость описывает, насколько быстро и в каком направлении движется объект. [5] Если говорят, что автомобиль движется со скоростью 60 км / ч, то указывается его скорость . Однако, если говорят, что автомобиль движется на север со скоростью 60 км / ч, его скорость теперь указана.

При рассмотрении движения по кругу можно заметить большую разницу . Когда что-то движется по круговой траектории и возвращается в свою начальную точку, его средняя скорость равна нулю, но его средняя скорость определяется путем деления длины окружности круга на время, необходимое для перемещения по кругу. Это связано с тем, что средняя скорость вычисляется с учетом только смещения между начальной и конечной точками, тогда как средняя скорость учитывает только общее пройденное расстояние .

Тангенциальная скорость [ править ]

Линейная скорость - это расстояние, пройденное за единицу времени, а тангенциальная скорость (или тангенциальная скорость) - это линейная скорость чего-то, движущегося по круговой траектории. [6] Точка на внешнем крае карусели или поворотной платформы проходит большее расстояние за один полный оборот, чем точка ближе к центру. Путешествие на большее расстояние за одно и то же время означает большую скорость, поэтому линейная скорость больше на внешнем крае вращающегося объекта, чем ближе к оси. Эта скорость по круговой траектории известна как тангенциальная скорость , так как направление движения касательной к окружностикруга. Для кругового движения термины линейная скорость и тангенциальная скорость используются как взаимозаменяемые, и оба используют единицы измерения м / с, км / ч и другие.

Скорость вращения (или угловая скорость ) включает количество оборотов в единицу времени. Все части жесткой карусели или поворотной платформы вращаются вокруг оси вращения за одно и то же время. Таким образом, все части имеют одинаковую скорость вращения или одинаковое количество оборотов или оборотов в единицу времени. Обычно скорость вращения выражается в оборотах в минуту (об / мин) или в количестве «радиан», повернутых за единицу времени. В одном вращении находится чуть больше 6 радиан ( ровно 2 π радиана). Когда направление присваивается скорости вращения, оно называется скоростью вращения или угловой скоростью . Скорость вращения - это вектор, величина которого равна скорости вращения.

Тангенциальная скорость и скорость вращения взаимосвязаны: чем больше число оборотов в минуту, тем больше скорость в метрах в секунду. Тангенциальная скорость прямо пропорциональна скорости вращения на любом фиксированном расстоянии от оси вращения. [6] Однако тангенциальная скорость, в отличие от скорости вращения, зависит от радиального расстояния (расстояния от оси). Для платформы, вращающейся с фиксированной скоростью вращения, тангенциальная скорость в центре равна нулю. К краю платформы тангенциальная скорость увеличивается пропорционально расстоянию от оси. [7] В форме уравнения:

где v - тангенциальная скорость, а ω (греческая буква омега ) - скорость вращения. Один движется быстрее, если скорость вращения увеличивается (большее значение для ω), и один также движется быстрее, если происходит движение дальше от оси (большее значение для r ). Отойдите в два раза дальше от оси вращения в центре, и вы будете двигаться в два раза быстрее. Отойдите втрое дальше, и у вас будет втрое больше тангенциальной скорости. В любой вращающейся системе тангенциальная скорость зависит от того, как далеко вы находитесь от оси вращения.

Когда соответствующие единицы используются для тангенциальной скорости v , скорости вращения ω и радиального расстояния r , прямая пропорция v как к r, так и к ω становится точным уравнением

Таким образом, тангенциальная скорость будет прямо пропорциональна r, когда все части системы одновременно имеют одинаковое ω, как для колеса, диска или жесткого стержня.

Единицы [ править ]

Единицы скорости включают:

  • метров в секунду (символ M S -1 или м / с), то Производные единицы СИ ;
  • километров в час (условное обозначение км / ч);
  • миль в час (обозначение mi / h или mph);
  • узлы ( морские мили в час, обозначение kn или kt);
  • футов в секунду (символ fps или ft / s);
  • Число Маха ( безразмерное ), скорость деленная на скорость звука ;
  • в натуральных единицах (безразмерных) - скорость, деленная на скорость света в вакууме (символ c =299 792 458  м / с ).

(* = приблизительные значения)

Примеры разных скоростей [ править ]


Психология [ править ]

По словам Жана Пиаже , интуиция в отношении понятия скорости у людей предшествует интуиции длительности и основана на понятии опережающего расстояния. [11] Пиаже изучал этот предмет, вдохновленный вопросом, заданным ему в 1928 году Альбертом Эйнштейном : «В каком порядке дети усваивают понятия времени и скорости?» [12] Ранние детские представления о скорости основаны на «обгоне» с учетом только временного и пространственного порядка, а именно: «Движущийся объект считается более быстрым, чем другой, когда в данный момент первый объект находится позади, а на мгновение позже, впереди другого объекта ". [13]

См. Также [ править ]

  • Скорость воздуха
  • Сухопутная скорость
  • Список рекордов скорости автомобиля
  • Типичная скорость снаряда
  • Спидометр
  • V скорости

Ссылки [ править ]

  • Ричард П. Фейнман , Роберт Б. Лейтон, Мэтью Сэндс. Лекции Фейнмана по физике , том I, раздел 8–2. Аддисон-Уэсли , Рединг, Массачусетс (1963). ISBN  0-201-02116-1 .
  1. ^ Уилсон, Эдвин Бидуэлл (1901). Векторный анализ: учебник для студентов-математиков и физиков, основанный на лекциях Дж. Уилларда Гиббса . п. 125. hdl : 2027 / mdp.39015000962285 . Это вероятное происхождение терминологии скорости / скорости в векторной физике.
  2. ^ a b c Элерт, Гленн. «Скорость и скорость» . Гипертекст по физике . Дата обращения 8 июня 2017 .
  3. ^ a b c Хьюитт (2006), стр. 42
  4. ^ «IEC 60050 - Подробная информация для IEV № 113-01-33:« скорость » » . Электропедия: всемирный электротехнический словарь в Интернете . Проверено 8 июня 2017 .
  5. ^ Уилсон, Эдвин Бидуэлл (1901). Векторный анализ: учебник для студентов-математиков и физиков, основанный на лекциях Дж. Уилларда Гиббса . п. 125. hdl : 2027 / mdp.39015000962285 . Это вероятное происхождение терминологии скорости / скорости в векторной физике.
  6. ^ а б Хьюитт (2006), стр. 131
  7. ^ Хьюитт (2006), стр. 132
  8. ^ http://www.kickspeed.com.au/Improve-measure-kicking-speed.html
  9. ^ "Архивная копия" . Архивировано из оригинала на 2013-08-11 . Проверено 12 октября 2013 .CS1 maint: archived copy as title (link)
  10. Дорогой, Дэвид. «Самый быстрый космический корабль» . Проверено 19 августа 2013 года .
  11. ^ Жан Пиаже, Психология и эпистемология: К теории познания , The Viking Press, стр. 82–83 и стр. 110–112, 1973. SBN 670-00362-x
  12. ^ Зиглер, Роберт С .; Ричардс, Д. Дин (1979). «Развитие концепций времени, скорости и расстояния» (PDF) . Психология развития . 15 (3): 288–298. DOI : 10.1037 / 0012-1649.15.3.288 .
  13. ^ Дошкольное образование: истории и традиции, том 1 . Тейлор и Фрэнсис. 2006. с. 164. ISBN 9780415326704.