Эта статья требует дополнительных ссылок для проверки . ( июль 2016 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения ) |
Скорость | |
---|---|
Скорость можно представить как скорость, с которой объект преодолевает расстояние . Быстро движущийся объект имеет высокую скорость и преодолевает относительно большое расстояние за заданный промежуток времени, в то время как медленно движущийся объект преодолевает относительно небольшое расстояние за тот же промежуток времени. | |
Общие символы | v |
Единица СИ | м / с, м с −1 |
Измерение | L T −1 |
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 ]
Часть серии по |
Классическая механика |
---|
|
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 ).
РС | км / ч | миль / ч | морской узел | фут / с | |
---|---|---|---|---|---|
1 м / с = | 1 | 3,6 | 2,236 936 * | 1,943 844 * | 3,280 840 * |
1 км / ч = | 0,277 778 * | 1 | 0,621 371 * | 0,539 957 * | 0,911 344 * |
1 миль / ч = | 0,447 04 | 1,609 344 | 1 | 0,868 976 * | 1,466 667 * |
1 узел = | 0,514 444 * | 1,852 | 1,150 779 * | 1 | 1,687 810 * |
1 фут / с = | 0,3048 | 1.097 28 | 0,681 818 * | 0,592 484 * | 1 |
(* = приблизительные значения)
Примеры разных скоростей [ править ]
Этот раздел требует дополнительных ссылок для проверки . Май 2013 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения ) ( |
Этот раздел может содержать примеры неизбирательного , чрезмерного или нерелевантного характера . Май 2014 г. ) ( |
Скорость | РС | фут / с | км / ч | миль / ч | Примечания |
---|---|---|---|---|---|
Примерная скорость континентального дрейфа | 0,000 000 01 | 0,000 000 03 | 0,000 000 04 | 0,000 000 02 | 4 см / год. Зависит от местоположения. |
Скорость обыкновенной улитки | 0,001 | 0,003 | 0,004 | 0,002 | 1 миллиметр в секунду |
Бодрая прогулка | 1,7 | 5.5 | 6.1 | 3.8 | |
Типичный шоссейный велосипедист | 4.4 | 14,4 | 16 | 10 | Широко варьируется в зависимости от человека, местности, велосипеда, усилия, погоды |
Быстрый удар боевых искусств | 7,7 | 25,2 | 27,7 | 17,2 | Самый быстрый удар за 130 миллисекунд от пола до мишени на расстоянии 1 метр. Средняя скорость за время продолжительности удара [8] |
Спринтерские бегуны | 12,2 | 40 | 43,92 | 27 | Мировой рекорд Усэйна Болта на 100 метров . |
Примерная средняя скорость велосипедистов | 12,5 | 41,0 | 45 | 28 | На ровной местности будет меняться |
Типичное ограничение скорости в пригороде в большинстве стран мира | 13,8 | 45,3 | 50 | 30 | |
Лифт обсерватории Тайбэй 101 | 16,7 | 54,8 | 60,6 | 37,6 | 1010 м / мин |
Типичное ограничение скорости в сельской местности | 24,6 | 80,66 | 88,5 | 56 | |
Британский национальный предел скорости (одинарная проезжая часть) | 26,8 | 88 | 96,56 | 60 | |
Ураган 1 категории | 33 | 108 | 119 | 74 | Минимальная поддерживаемая скорость более 1 минуты |
Ограничение скорости на французской автостраде | 36,1 | 118 | 130 | 81 год | |
Самая высокая зафиксированная скорость движения человека | 37,02 | 121,5 | 133,2 | 82,8 | Сэм Уиттингем на лежачем велосипеде [9] |
Начальная скорость пули из пейнтбольных маркеров | 90 | 295 | 320 | 200 | |
Крейсерская скорость пассажирского лайнера Боинг 747-8 | 255 | 836 | 917 | 570 | 0,85 Маха при35 000 футов (10 668 м ) высота |
Официальный рекорд наземной скорости | 341,1 | 1119,1 | 1227,98 | 763 | |
Скорость звука в сухом воздухе при давлении на уровне моря и 20 ° С | 343 | 1125 | 1235 | 768 | Мах 1 по определению. 20 ° C = 293,15 кельвина . |
Начальная скорость пули из 7,62 × 39mm картридж | 710 | 2330 | 2600 | 1600 | 7,62 × 39мм круглый представляет собой ружье патрон из советского происхождения |
Официальный рекорд скорости полета реактивного самолета | 980 | 3215 | 3530 | 2194 | Локхид SR-71 Блэкберд |
Спейс шаттл при возвращении | 7800 | 25 600 | 28 000 | 17 500 | |
Скорость убегания на Земле | 11 200 | 36 700 | 40 000 | 25 000 | 11,2 км · с −1 |
Относительная скорость " Вояджера-1" относительно Солнца в 2013 году | 17 000 | 55 800 | 61 200 | 38 000 | Самая быстрая гелиоцентрическая скорость спада из всех созданных руками человека. [10] (11 миль / с) |
Средняя орбитальная скорость планеты Земля вокруг Солнца | 29 783 | 97 713 | 107 218 | 66 623 | |
Самая быстрая зарегистрированная скорость зондов Helios . | 70 220 | 230 381 | 252 792 | 157 078 | Признана самой высокой скоростью, достигнутой искусственным космическим кораблем на солнечной орбите . |
Скорость света в вакууме (символ c ) | 299 792 458 | 983 571 056 | 1 079 252 848 | 670 616 629 | Точно 299 792 458 м / с по определению метра |
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 ]
Посмотрите скорость или стремительность в Wiktionary, бесплатный словарь. |
В Wikiquote есть цитаты, связанные со скоростью |
- 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 .
- ^ 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.
- ^ a b c Элерт, Гленн. «Скорость и скорость» . Гипертекст по физике . Дата обращения 8 июня 2017 .
- ^ a b c Хьюитт (2006), стр. 42
- ^ «IEC 60050 - Подробная информация для IEV № 113-01-33:« скорость » » . Электропедия: всемирный электротехнический словарь в Интернете . Проверено 8 июня 2017 .
- ^ 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.
- ^ а б Хьюитт (2006), стр. 131
- ^ Хьюитт (2006), стр. 132
- ^ http://www.kickspeed.com.au/Improve-measure-kicking-speed.html
- ^ "Архивная копия" . Архивировано из оригинала на 2013-08-11 . Проверено 12 октября 2013 .CS1 maint: archived copy as title (link)
- ↑ Дорогой, Дэвид. «Самый быстрый космический корабль» . Проверено 19 августа 2013 года .
- ^ Жан Пиаже, Психология и эпистемология: К теории познания , The Viking Press, стр. 82–83 и стр. 110–112, 1973. SBN 670-00362-x
- ^ 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 .
- ^ Дошкольное образование: истории и традиции, том 1 . Тейлор и Фрэнсис. 2006. с. 164. ISBN 9780415326704.