Скорость

Скорость
Скорость
	Скорость можно рассматривать как скорость, с которой объект преодолевает расстояние. Быстро движущийся объект имеет высокую скорость и преодолевает относительно большое расстояние за заданное время, тогда как медленно движущийся объект преодолевает относительно небольшое расстояние за то же время.
Общие символы	v
И объединились	м/с, м с −1
Измерение	Л Т −1

В повседневном использовании и в кинематике скорость величина (обычно называемая v ) объекта — это изменения его положения с течением времени или величина изменения его положения за единицу времени; таким образом, это скалярная величина. ^[1] Средняя скорость объекта за интервал времени равна расстоянию , пройденному объектом, деленному на продолжительность интервала; ^[2]мгновенная скорость является пределом средней скорости при приближении длительности интервала времени к нулю. Скорость – это величина скорости (вектор), которая дополнительно указывает направление движения.

Скорость имеет размеры расстояния, деленного на время. Единицей системе СИ скорости в является метр в секунду (м/с), но наиболее распространенной единицей измерения скорости в повседневной жизни является километр в час (км/ч), а в США и Великобритании — мили в час (миль в час). ). Для воздушных и морских путешествий узел обычно используется .

Самая быстрая возможная скорость, с которой может перемещаться энергия или информация, согласно специальной теории относительности , — это скорость света в вакууме c = 299 792 458 метров в секунду (приблизительно 1 079 000 000 км/ч или 671 000 000 миль в час ). Материя не может достичь скорости света, поскольку для этого потребуется бесконечное количество энергии. В физике относительности понятие быстроты заменяет классическое представление о скорости.

Определение

Историческое определение

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

v={\frac {d}{t}},

где

v

это скорость,

d

это расстояние, и

t

это время. Например, велосипедист, проехавший 30 метров за 2 секунды, имеет 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 достигать скорости 30 км/ч).

Мгновенная скорость

Скорость в некоторый момент времени или предполагаемая постоянная в течение очень короткого периода времени называется мгновенной скоростью . Глядя на спидометр , можно в любой момент узнать мгновенную скорость автомобиля. ^[3]Автомобиль, движущийся со скоростью 50 км/ч, обычно движется с постоянной скоростью менее часа, но если бы он ехал с этой скоростью целый час, он проехал бы 50 км. Если бы автомобиль продолжал двигаться с такой скоростью в течение получаса, он преодолел бы половину этого расстояния (25 км). Если бы оно продолжалось всего одну минуту, оно преодолело бы около 833 м.

Говоря математическим языком, мгновенная скорость $v$ определяется как величина мгновенной скорости ${\boldsymbol {v}}$ , то есть производная позиции ${\boldsymbol {r}}$ по времени : ^[2]^[4]

v=\left|{\boldsymbol {v}}\right|=\left|{\dot {\boldsymbol {r}}}\right|=\left|{\frac {d{\boldsymbol {r}}}{dt}}\right|\,.

Если $s$ длина пути (также известного как расстояние), пройденного до времени $t$ , скорость равна производной по времени $s$ : ^[2]

v={\frac {ds}{dt}}.

В частном случае, когда скорость постоянна (то есть постоянная скорость по прямой), это можно упростить до $v=s/t$ . Средняя скорость за конечный интервал времени равна общему пройденному расстоянию, деленному на продолжительность времени.

Средняя скорость

В отличие от мгновенной скорости, средняя скорость определяется как общее пройденное расстояние, деленное на интервал времени. Например, если расстояние в 80 километров проехать за 1 час, средняя скорость составит 80 километров в час. Аналогично, если за 4 часа проехать 320 километров, средняя скорость также составит 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 она представляет собой все пройденное расстояние, деленное на общее время путешествия), и поэтому средняя скорость часто сильно отличается от значения мгновенной скорости. ^[3] Если известны средняя скорость и время путешествия, пройденное расстояние можно вычислить, изменив определение на

d={\boldsymbol {\bar {v}}}t\,.

Если использовать это уравнение для средней скорости 80 километров в час за 4-часовую поездку, то пройденное расстояние составит 320 километров.

Выражаясь графическим языком, наклон касательной охватываемый в любой точке графика расстояние-время представляет собой мгновенную скорость в этой точке, а наклон хордовой линии того же графика — это средняя скорость за интервал времени, аккорд. Средняя скорость объекта равна Вав = с÷т

Разница между скоростью и скоростью

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

Большую разницу можно заметить, рассматривая движение по кругу . Когда что-то движется по круговой траектории и возвращается в исходную точку, его средняя скорость равна нулю, но его средняя скорость находится путем деления длины окружности на время, необходимое для перемещения по кругу. Это связано с тем, что средняя скорость рассчитывается с учетом только смещения между начальной и конечной точками, тогда как средняя скорость учитывает только общее пройденное расстояние .

Тангенциальная скорость

Тангенциальная скорость — это скорость объекта, совершающего круговое движение , т. е. движущегося по круговой траектории . ^[6]Точка на внешнем крае карусели или проигрывателя за проходит большее расстояние один полный оборот , чем точка, расположенная ближе к центру. Прохождение большего расстояния за 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, что направление движения касается окружности потому круга. Для кругового движения термины «линейная скорость» и «тангенциальная скорость» используются как взаимозаменяемые, и оба используют единицы м/с, км/ч и другие.

Единицы

К единицам скорости относятся:

метры в секунду (обозначение м с ⁻¹ или м/с), производная единица СИ ;
километры в час (обозначение км/ч);
мили в час (обозначение mi/h или mph);
узлы ( морские мили в час, обозначение кн или уз);
футы в секунду (обозначение fps или ft/s);
Число Маха ( безразмерное ), скорость, деленная на скорость звука ;
в натуральных единицах (безразмерных), скорость, деленная на скорость света в вакууме (обозначение c = 299 792 458 м/с ).

Преобразования между общепринятыми единицами скорости
	РС	км/ч	миль в час (миль/ч)	морской узел	кадр/с (фут/с)
1 м/с =	1	3.600 000	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 миля в час (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 кадр/с (фут/с) =	0.3048	1.097 28	0.681 818 *	0.592 484 *	1

(* = приблизительные значения)

Примеры разных скоростей

Скорость	РС	фут/с	км/ч	миль в час	Примечания
Глобальное среднее повышение уровня моря	0.000 000 000 11	0.000 000 000 36	0.000 000 0004	0.000 000 000 25	3,5 мм/год ^[7]
Примерная скорость дрейфа континентов	0.000 000 0013	0.000 000 0042	0.000 000 0045	0.000 000 0028	4 см/год. Зависит от местоположения.
Скорость обыкновенной улитки	0.001	0.003	0.004	0.002	1 миллиметр в секунду
Быстрая прогулка	1.7	5.5	6.1	3.8
Типичный шоссейный велосипедист	4.4	14.4	16	10	Сильно варьируется в зависимости от человека, местности, велосипеда, усилий и погоды.
Быстрый удар ногой в боевых искусствах	7.7	25.2	27.7	17.2	Самый быстрый удар зафиксирован за 130 миллисекунд от пола до мишени на расстоянии 1 метра. Средняя скорость на протяжении всей продолжительности удара ^[8]
Спринтеры	12.2	40	43.92	27	Усейна Болта на дистанции 100 метров Мировой рекорд .
Приблизительная средняя скорость велосипедистов, участвующих в шоссейных гонках	12.5	41.0	45	28	На равнинной местности будет меняться
Типичное ограничение скорости в пригороде в большинстве стран мира	13.8	45.3	50	30
Тайбэй 101 Лифт обсерватории	16.7	54.8	60.6	37.6	1010 м/мин
Типичное ограничение скорости в сельской местности	24.6	80.66	88.5	56
Британское национальное ограничение скорости (односторонняя дорога)	26.8	88	96.56	60
1 категории Ураган	33	108	119	74	Минимальная устойчивая скорость в течение одной минуты
Средняя пиковая скорость гепарда	33.53	110	120.7	75
Ограничение скорости на французской автостраде	36.1	118	130	81
Самая высокая зарегистрированная скорость, управляемая человеком	37.02	121.5	133.2	82.8	Сэм Уиттингем на лежачем велосипеде ^[9]
Средняя скорость человеческого чихания	44.44	145.82	160	99.42
Начальная скорость пейнтбольного маркера	90	295	320	200
Крейсерская скорость Боинг 747-8 пассажирского самолета	255	836	917	570	Маха 0,85 на высоте 35 000 футов ( 10 668 м )
Скорость пули Long Rifle .22 калибра	326.14	1070	1174.09	729.55
Официальный рекорд наземной скорости	341.1	1119.1	1227.98	763
Скорость звука в сухом воздухе при давлении на уровне моря и температуре 20 °C.	343	1125	1235	768	1 Маха по определению. 20 °C = 293,15 Кельвина .
Начальная скорость патрона 7,62×39 мм .	710	2330	2600	1600	Патрон 7,62×39 мм — винтовочный патрон советского . производства
Официальный рекорд скорости полета самолетов с реактивными двигателями	980	3215	3530	2194	Локхид SR-71 Блэкберд
Спейс Шаттл при входе в атмосферу	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" к Солнцу в 2013 году	17 000	55 800	61 200	38 000	Самая быстрая гелиоцентрическая скорость рецессии среди всех искусственных объектов. ^[10] (11 миль/с)
Средняя орбитальная скорость планеты Земля вокруг Солнца	29 783	97 713	107 218	66 623
Самая высокая зарегистрированная скорость зондов Гелиос	70,220	230,381	252,792	157,078	Признана самой высокой скоростью, достигнутой искусственным космическим кораблем на солнечной орбите .
Орбитальная скорость Солнца относительно центра галактики	251 000	823 000	904 000	561 000
Скорость Галактики относительно реликтового излучения.	550 000	1 800 000	2 000 000	1 240 000
Скорость света в вакууме (символ c )	299 792 458	983 571 056	1 079 252 848	670 616 629	Ровно 299 792 458 м/с по определению метра .
Скорость	РС	фут/с	км/ч	миль в час	Примечания

Психология

По мнению Жана Пиаже , интуитивное представление о понятии скорости у людей предшествует понятию продолжительности и основано на понятии опережения. ^[11] Пиаже изучал этот предмет, вдохновленный вопросом, заданным ему в 1928 году Альбертом Эйнштейном : «В каком порядке дети усваивают понятия времени и скорости?» ^[12] Раннее представление детей о скорости основано на «обгоне», принимая во внимание только временной и пространственный порядок, а именно: «Движущийся объект считается более быстрым, чем другой, когда в данный момент первый объект находится позади и на мгновение или около того позже перед другим объектом». ^[13]