Sebesség - Speed

Sebesség
A sebességet úgy tekinthetjük, mint azt a sebességet, amellyel egy tárgy megteszi a távolságot. A gyorsan mozgó tárgy nagy sebességgel rendelkezik, és viszonylag nagy távolságot tesz meg egy adott idő alatt, míg a lassan mozgó tárgy viszonylag kis távolságot tesz meg ugyanannyi idő alatt.
Gyakori szimbólumok	v
SI egység	m/s, m ​​s −1
Dimenzió	L T −1

A mindennapi használat és a kinematika , a sebesség (közkeletű nevén v ) egy tárgy a nagysága a változási sebessége a helyzetben az idővel vagy a változás mértéke az álláspontját időegység; ez tehát skaláris mennyiség. Az átlagsebesség egy tárgy egy időkülönbség van a távolságot megtett a tárgy osztva az időtartam az intervallum; a pillanatnyi sebesség az átlagos sebesség határa , amikor az időintervallum időtartama nullához közeledik.

A sebesség a távolság méreteit osztja az idővel. A sebesség SI mértékegysége a méter/másodperc (m/s), de a leggyakoribb sebességegység a mindennapi használatban a kilométer per óra (km/h), vagy az Egyesült Államokban és az Egyesült Királyságban mérföld/óra (mph) ). A légi és tengeri utazások során a csomót általában használják.

A lehető leggyorsabb sebesség, amellyel az energia vagy információ utazhatnak szerint a speciális relativitáselmélet , a fény sebessége vákuumban c =299 792 458 méter másodpercenként (kb1 079 000 000  km/h vagy671 000 000  mph ). Az anyag nem tudja elérni a fénysebességet, mivel ehhez végtelen mennyiségű energia szükséges. A relativitásfizikában a gyorsaság fogalma felváltja a sebesség klasszikus elképzelését.

Meghatározás

Történelmi meghatározás

Galileo Galilei olasz fizikusnak tulajdonítják , hogy elsőként mérte meg a sebességet, figyelembe véve a megtett távolságot és az ahhoz szükséges időt. A Galileo a sebességet az időegység alatt megtett távolságként határozta meg. Egyenlet formájában, vagyis

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

ahol a sebesség, a távolság és az idő. Az a kerékpáros, aki például 30 métert tesz meg 2 másodperc alatt, sebessége 15 méter másodpercenként. A mozgásban lévő tárgyak sebessége gyakran változik (egy autó 50 km/h sebességgel haladhat az utcán, 0 km/h sebességgel lassan, majd elérheti a 30 km/h sebességet). ${\ displaystyle v}$${\ displaystyle d}$${\ displaystyle t}$

Azonnali sebesség

A sebességet bizonyos pillanatban, vagy nagyon rövid idő alatt állandónak feltételezzük , pillanatnyi sebességnek nevezzük . A sebességmérőre nézve bármely pillanatban leolvasható az autó pillanatnyi sebessége. Egy 50 km/h sebességgel haladó autó általában kevesebb, mint egy órát megy állandó sebességgel, de ha egy teljes órán keresztül ezzel a sebességgel halad, akkor 50 km -t. Ha a jármű fél órán keresztül ezen a sebességgel folytatná, akkor ennek a felének (25 km) a felét tenné meg. Ha csak egy percig folytatódik, körülbelül 833 m -t tesz meg.

Matematikai értelemben, a pillanatnyi sebesség definíció szerint a nagysága a pillanatnyi sebesség , azaz a származékos pozíció tekintetében idő : ${\ displaystyle v}$ ${\ displaystyle {\ boldsymbol {v}}}$${\ displaystyle {\ boldsymbol {r}}}$

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

Ha az időig megtett út hossza (más néven távolság) , akkor a sebesség megegyezik az idő deriváltjával : ${\ displaystyle s}$${\ displaystyle t}$${\ displaystyle s}$

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

Abban az esetben, ha a sebesség állandó (azaz állandó sebesség egyenes vonalban), ez egyszerűsíthető . A véges időintervallumon belüli átlagos sebesség a teljes megtett távolság osztva az időtartammal. ${\ displaystyle v = s/t}$

Átlagsebesség

A pillanatnyi sebességtől eltérően az átlagos sebességet úgy határozzák meg, mint a teljes megtett távolságot osztva az időintervallummal. Például, ha 80 kilométeres távot hajt meg 1 óra alatt, az átlagos sebesség 80 kilométer óránként. Hasonlóképpen, ha 320 kilométert tesz meg 4 óra alatt, az átlagos sebesség is 80 kilométer óránként. Ha egy kilométeres (km) távolságot elosztunk órával (h), akkor az eredmény kilométer per óra (km/h).

Az átlagsebesség nem írja le azokat a sebességváltozásokat, amelyek rövidebb időintervallumokban történhettek (mivel ez a teljes megtett távolság osztva a teljes utazási idővel), és így az átlagos sebesség gyakran egészen különbözik a pillanatnyi sebesség értékétől. Ha az átlagos sebesség és az utazás ideje ismert, a megtett távolság kiszámítható a definíció átrendezésével

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

Ha ezt az egyenletet használjuk egy átlagos, 80 kilométeres sebességre 4 órás utazás során, akkor a megtett távolság 320 kilométer.

Kifejezve grafikus nyelv, a lejtőn egy érintő vonal bármely pontján távolságban idejű grafikonon a pillanatnyi sebesség ezen a ponton, míg a lejtő egy szeivényhúrja azonos grafikon során az átlagos sebesség időintervallum által lefedett akkord. Egy objektum átlagos sebessége Vav = s ÷ t

Különbség a sebesség és a sebesség között

A sebesség csak azt jelzi, hogy milyen gyorsan mozog egy tárgy, míg a sebesség azt jelzi, hogy az objektum milyen gyorsan és milyen irányban mozog. Ha azt mondják, hogy egy autó 60 km/h sebességgel halad , akkor megadták a sebességét . Ha azonban azt mondják, hogy az autó 60 km/h sebességgel halad észak felé, akkor a sebességét most megadták.

A nagy különbség észrevehető, ha körkörös mozgást vizsgálunk . Amikor valami körúton mozog, és visszatér a kiindulási pontjához, átlagos sebessége nulla, de átlagos sebességét úgy találjuk meg, hogy elosztjuk a kör kerületét a kör körüli mozgáshoz szükséges idővel. Ennek oka az, hogy az átlagos sebességet úgy számítják ki, hogy csak a kezdő- és végpont közötti elmozdulást veszik figyelembe , míg az átlagos sebesség csak a teljes megtett távolságot veszi figyelembe .

Tangenciális sebesség

Egy sorozat része
Klasszikus mechanika
${\ displaystyle {\ textbf {F}} = {\ frac {d} {dt}} (m {\ textbf {v}})}$ A mozgás második törvénye
Történelem Idővonal Tankönyvek
Ágak
Alapok
Készítmények
Alapvető témák
Forgás
Tudósok
Fizikai portál  Kategória
v t e

A lineáris sebesség az időegységenként megtett távolság, míg a tangenciális sebesség (vagy érintősebesség) a körúton haladó dolgok lineáris sebessége. A körhinta vagy forgótányér külső szélén lévő pont egy teljes körforgás során nagyobb távolságot tesz meg, mint a középponthoz közelebb eső pont. Nagyobb távolság megtétele egyidejűleg nagyobb sebességet jelent, és így a lineáris sebesség nagyobb egy forgó tárgy külső szélén, mint közelebb a tengelyhez. Ez a sebesség egy körpálya mentén az úgynevezett tangenciális sebessége , mert a mozgás irányát van érintő irányúak , hogy a kerülete a kör. A körkörös mozgáshoz a lineáris sebesség és az érintősebesség kifejezéseket felcserélve használjuk, és mindkettőben m/s, km/h és más egységeket használunk.

A forgási sebesség (vagy szögsebesség ) magában foglalja az időegységenkénti fordulatok számát. A merev körhinta vagy forgótányér minden része ugyanannyi idő alatt megfordul a forgástengely körül. Így minden alkatrésznek ugyanaz a forgási sebessége, vagy ugyanannyi fordulata vagy fordulata időegységben. Gyakori, hogy a forgási sebességet percenkénti fordulatszámban (RPM) vagy az egységnyi idő alatt megfordított "radián" számában fejezik ki. Teljes forgásban alig több, mint 6 radián (2 π radián). Ha egy irányt a forgási sebességhez rendelnek, azt forgási sebességnek vagy szögsebességnek nevezik . A forgási sebesség olyan vektor, amelynek nagysága a forgási sebesség.

A tangenciális sebesség és a forgási sebesség összefügg: minél nagyobb a fordulatszám, annál nagyobb a sebesség méterben másodpercenként. A tangenciális sebesség közvetlenül arányos a forgási sebességgel a forgástengelytől meghatározott távolságon. A tangenciális sebesség azonban a forgási sebességgel ellentétben a sugárirányú távolságtól (a tengelytől való távolságtól) függ. Rögzített forgási sebességgel forgó emelőkosár esetén a középső érintősebesség nulla. A peron széle felé a tangenciális sebesség a tengelytől való távolsággal arányosan növekszik. Egyenlet formájában:

${\ displaystyle v \ propto \! \, r \ omega \ ,,}$

ahol v érintőleges sebesség és ω (görög betű omega ) forgási sebesség. Az egyik gyorsabban mozog, ha a forgási sebesség növekszik (nagyobb ω érték), és gyorsabban mozog, ha a tengelytől távolabb mozog (nagyobb érték r esetén ). Mozogjon kétszer olyan messze a forgástengelytől a középpontban, és kétszer olyan gyorsan. Háromszor mozduljon ki, és háromszor annyi érintősebességet kap. Bármilyen típusú forgó rendszerben a tangenciális sebesség attól függ, hogy milyen messze van a forgástengelytől.

Ha megfelelő egységeket használnak v érintőleges fordulatszámra , ω forgási sebességre és r sugárirányú távolságra , a v egyenes aránya mind az r , mind a

${\ displaystyle v = r \ omega \,}$

Így a tangenciális sebesség közvetlenül arányos lesz az r -vel, ha a rendszer minden részének egyidejűleg ugyanaz a ω, mint egy keréknek, korongnak vagy merev pálcának.

Egységek

A sebesség mértékegységei a következők:

• méter/másodperc (szimbólum m s ⁻¹ vagy m/s), az SI származtatott egység ;
• kilométer per óra (szimbólum km/h);
• mérföld per óra (szimbólum mi/h vagy mph);
• csomók ( tengeri mérföld per óra, szimbólum kn vagy kt);
• láb/másodperc (szimbólum fps vagy ft/s);
• Mach szám ( dimenzió nélküli ), sebesség osztva a hang sebességével ;
• a természetes egységek (dimenzió nélküli), sebesség osztva a fénysebesség vákuumban (szimbólum c =299 792 458  m/s ).

(* = hozzávetőleges értékek)

Példák a különböző sebességekre

Pszichológia

Szerint Jean Piaget , az intuíciót az a gondolat, a sebesség emberekben megelőzi az időtartam, és alapjául a fogalom outdistancing. Piaget ezt a témát tanulmányozta egy Albert Einstein által 1928 -ban feltett kérdés ihlette : "Milyen sorrendben sajátítják el a gyerekek az idő és a sebesség fogalmát?" A gyermekek korai sebességfelfogása az "előzésen" alapul, csak az időbeli és térbeli sorrendet figyelembe véve, különösen: "A mozgó tárgyat gyorsabbnak ítélik meg, mint a másikat, amikor egy adott pillanatban az első tárgy mögött van, vagy egy pillanat múlva később a másik tárgy előtt. "

Lásd még

Hivatkozások

• Richard P. Feynman , Robert B. Leighton, Matthew Sands. A Feynman -előadások a fizikáról , I. kötet, 8–2. Addison-Wesley , Reading, Massachusetts (1963). ISBN  0-201-02116-1 .