Fart - Speed

Fra Wikipedia, den gratis encyklopædi

Fart
Mersan.JPG
Hastighed kan betragtes som den hastighed, hvormed et objekt dækker afstand. En hurtig bevægelig genstand har en høj hastighed og dækker en relativt stor afstand i en given tidsperiode, mens en langsomt bevægende genstand dækker en forholdsvis lille afstand i den samme tid.
Almindelige symboler
v
SI-enhed m / s, m s −1
Dimension L T −1

I daglig brug og i kinematik er hastigheden (almindeligvis omtalt som v ) af et objekt størrelsen af ændringen af ​​dets position ; det er således en skalar mængde. Den gennemsnitlige hastighed for et objekt i et tidsinterval er den afstand, objektet kører divideret med varigheden af intervallet; den øjeblikkelige hastighed er grænsen for den gennemsnitlige hastighed, når varigheden af ​​tidsintervallet nærmer sig nul.

Hastighed har dimensionerne for afstand divideret med tid. Den SI-enheden for hastighed er den meter per sekund , men den mest almindelige enhed af hastighed i brug hverdagen er kilometer i timen eller, i USA og Storbritannien, miles i timen . Til luft- og søtransport bruges knuden ofte.

Den hurtigste mulige hastighed, hvormed energi eller information kan bevæge sig, ifølge speciel relativitet , er lysets hastighed i et vakuum c = 299 792 458 meter i sekundet (ca. 1 079 000 000  km / t eller 671 000 000  mph ). Materie kan ikke helt nå lysets hastighed, da dette ville kræve en uendelig mængde energi. I relativitetsfysik erstatter begrebet hurtighed den klassiske idé om hastighed.

Definition

Historisk definition

Italienske fysiker Galileo Galilei krediteres normalt for at være den første til at måle hastighed ved at overveje den tilbagelagte afstand og den tid det tager. Galileo definerede hastighed som den tilbagelagte afstand pr. Tidsenhed. I ligningsform er det

hvor er hastighed, er afstand og er tid. En cyklist, der f.eks. Dækker 30 meter i en tid på 2 sekunder, har en hastighed på 15 meter i sekundet. Objekter i bevægelse har ofte variationer i hastighed (en bil kan rejse langs en gade i 50 km / t, langsom til 0 km / t og derefter nå 30 km / t).

Øjeblikkelig hastighed

Hastighed på et øjeblik eller antages konstant i en meget kort periode kaldes øjeblikkelig hastighed . Ved at kigge på et speedometer kan man læse den øjeblikkelige hastighed på en bil til enhver tid. En bil, der kører med 50 km / t, går normalt mindre end en time med konstant hastighed, men hvis den gik med den hastighed i en hel time, ville den køre 50 km. Hvis køretøjet fortsatte med den hastighed i en halv time, ville det køre halvdelen af ​​denne afstand (25 km). Hvis det kun fortsatte i et minut, ville det dække ca. 833 m.

I matematiske termer er den øjeblikkelige hastighed defineret som størrelsen af ​​den øjeblikkelige hastighed , det vil sige afledningen af positionen i forhold til tiden :

Hvis er længden af ​​stien (også kendt som afstanden) tilbagelagt indtil tid , er hastigheden lig med tidsafledningen af :

I det specielle tilfælde, hvor hastigheden er konstant (dvs. konstant hastighed i en lige linje), kan dette forenkles til . Den gennemsnitlige hastighed over et begrænset tidsinterval er den samlede tilbagelagte afstand divideret med tidsvarigheden.

Gennemsnitshastighed

Forskellig fra øjeblikkelig hastighed defineres gennemsnitshastighed som den samlede tilbagelagte afstand divideret med tidsintervallet. For eksempel, hvis der køres en afstand på 80 kilometer på 1 time, er gennemsnitshastigheden 80 kilometer i timen. Ligeledes, hvis der køres 320 kilometer på 4 timer, er gennemsnitshastigheden også 80 kilometer i timen. Når en afstand i kilometer (km) divideres med en tid i timer (h), er resultatet i kilometer i timen (km / t).

Gennemsnitlig hastighed beskriver ikke de hastighedsvariationer, der kan have fundet sted i kortere tidsintervaller (da det er hele den tilbagelagte afstand divideret med den samlede rejsetid), og derfor er gennemsnitshastigheden ofte helt forskellig fra en værdi af øjeblikkelig hastighed. Hvis gennemsnitshastigheden og rejsetiden er kendt, kan den tilbagelagte afstand beregnes ved at omarrangere definitionen til

Ved at bruge denne ligning til en gennemsnitshastighed på 80 kilometer i timen på en 4-timers tur viser den tilbagelagte afstand at være 320 kilometer.

Udtrykt i grafisk sprog er hældningen af en tangentlinje på et hvilket som helst punkt i en afstandstidsgraf den øjeblikkelige hastighed på dette punkt, mens hældningen af ​​en akkordlinie i den samme graf er gennemsnitshastigheden i det tidsinterval, der er dækket af akkord. En genstands gennemsnitlige hastighed er Vav = s ÷ t

Forskel mellem hastighed og hastighed

Hastighed angiver kun, hvor hurtigt et objekt bevæger sig, mens hastighed beskriver både hvor hurtigt og i hvilken retning objektet bevæger sig. Hvis en bil siges at køre i 60 km / t, er dens hastighed blevet specificeret. Men hvis bilen siges at bevæge sig i 60 km / t mod nord, er dens hastighed nu specificeret.

Den store forskel kan man se, når man overvejer bevægelse omkring en cirkel . Når noget bevæger sig i en cirkulær bane og vender tilbage til sit udgangspunkt, dens gennemsnitlige hastighed er nul, men dens gennemsnitlige hastighed er fundet ved at dividere omkredsen af cirklen med den tid det tager at flytte rundt om cirklen. Dette skyldes, at den gennemsnitlige hastighed beregnes ved at overveje kun den forskydning mellem start- og endepunktet, mens den gennemsnitlige hastighed anser kun den samlede distance tilbagelagt.

Tangentiel hastighed

Lineær hastighed er den tilbagelagte afstand pr. Tidsenhed, mens tangential hastighed (eller tangential hastighed) er den lineære hastighed for noget, der bevæger sig langs en cirkulær sti. Et punkt på ydersiden af ​​en glædelig runde eller drejeskive bevæger sig en større afstand i en komplet rotation end et punkt nærmere centrum. At rejse en større afstand på samme tid betyder en større hastighed, og så er lineær hastighed større på den ydre kant af en roterende genstand, end den er tættere på aksen. Denne hastighed langs en cirkulær sti er kendt som tangential hastighed, fordi bevægelsesretningen er tangent til cirkelens omkreds . Til cirkulær bevægelse bruges udtrykkene lineær hastighed og tangentiel hastighed om hverandre, og begge bruger enheder på m / s, km / t og andre.

Rotationshastighed (eller vinkelhastighed ) involverer antallet af omdrejninger pr. Tidsenhed. Alle dele af en stiv glædelig runde eller drejeskive drejer omkring rotationsaksen i samme tid. Således deler alle dele den samme rotationshastighed eller det samme antal omdrejninger eller omdrejninger pr. Tidsenhed. Det er almindeligt at udtrykke rotationshastigheder i omdrejninger pr. Minut (RPM) eller udtrykt i antallet af "radianer" drejet i en tidsenhed. Der er lidt mere end 6 radianer i fuld rotation (2 π radianer nøjagtigt). Når en retning tildeles rotationshastighed, er den kendt som rotationshastighed eller vinkelhastighed . Rotationshastighed er en vektor, hvis størrelse er rotationshastigheden.

Tangentiel hastighed og rotationshastighed er relateret: jo større omdrejningstal, jo større hastighed i meter pr. Sekund. Tangentiel hastighed er direkte proportional med rotationshastigheden ved enhver fast afstand fra rotationsaksen. Tangentiel hastighed afhænger dog i modsætning til rotationshastighed af radial afstand (afstanden fra aksen). For en platform, der roterer med en fast rotationshastighed, er tangentialhastigheden i midten nul. Mod kanten af ​​platformen stiger den tangentielle hastighed proportionalt med afstanden fra aksen. I ligningsform:

hvor v er tangential hastighed og ω (græsk bogstav omega ) er rotationshastighed. Man bevæger sig hurtigere, hvis rotationshastigheden stiger (en større værdi for ω), og man bevæger sig også hurtigere, hvis der forekommer bevægelse længere fra aksen (en større værdi for r ). Bevæg dig dobbelt så langt fra rotationsaksen i midten, og du bevæger dig dobbelt så hurtigt. Flyt ud tre gange så langt, og du har tre gange så meget tangential hastighed. I enhver form for roterende system afhænger tangentiel hastighed af, hvor langt du er fra rotationsaksen.

Når der anvendes korrekte enheder til tangentiel hastighed v , rotationshastighed ω og radial afstand r , bliver den direkte andel af v til både r og the den nøjagtige ligning

Tangentiel hastighed vil således være direkte proportional med r, når alle dele af et system samtidigt har den samme ω, som for et hjul, en disk eller en stiv stav.

Enheder

Enheder med hastighed inkluderer:

Konverteringer mellem fælles hastighedsenheder
Frk km / t mph knude ft / s
1 m / s = 1 3.6 2.236 936 * 1.943 844 * 3,280 840 *
1 km / t = 0,277 778 * 1 0,621 371 * 0,539 957 * 0,911 344 *
1 mph = 0.447 04 1,609 344 1 0,868 976 * 1.466 667 *
1 knude = 0,514 444 * 1,852 1.150 779 * 1 1.687 810 *
1 ft / s = 0,3048 1.097 28 0,681 818 * 0,592 484 * 1

(* = omtrentlige værdier)

Eksempler på forskellige hastigheder

Fart Frk ft / s km / t mph Bemærkninger
Anslået hastighed for kontinentaldrift 0,000 000 01 0,000 000 03 0,000 000 04 0,000 000 02 4 cm / år. Varierer afhængigt af placering.
En almindelig snegles hastighed 0,001 0,003 0,004 0,002 1 millimeter pr. Sekund
En hurtig gåtur 1.7 5.5 6.1 3.8
En typisk cykelrytter 4.4 14.4 16 10 Varierer meget efter person, terræn, cykel, indsats, vejr
Et hurtigt kampsportsspark 7.7 25.2 27.7 17.2 Hurtigste spark registreret ved 130 millisekunder fra gulv til mål på 1 meters afstand. Gennemsnitlig hastighed på tværs af sparkets varighed
Sprint løbere 12.2 40 43,92 27 Usain Bolt 's 100 meter verdensrekord .
Vejcyklisters omtrentlige gennemsnitlige hastighed 12.5 41,0 45 28 På fladt terræn varierer
Typisk forstæder hastighedsgrænse i det meste af verden 13.8 45.3 50 30
Taipei 101 observatorium elevator 16.7 54.8 60.6 37.6 1010 m / min
Typisk hastighedsgrænse for landdistrikter 24.6 80,66 88,5 56
British National Speed ​​Limit (enkelt kørebane) 26.8 88 96,56 60
Orkan i kategori 1 33 108 119 74 Minimum vedvarende hastighed over 1 minut
Gennemsnitlig spidshastighed for en gepard 33,53 110 120,7 75
Hastighedsbegrænsning på en fransk autoroute 36.1 118 130 81
Højeste registrerede menneskelige hastighed 37.02 121,5 133,2 82.8 Sam Whittingham i en liggende cykel
Gennemsnitlig hastighed af menneskelig nysen 44.44 145,82 160 99,42
Snudehastigheden af en paintball-markør 90 295 320 200
Sejlhastighed for en Boeing 747-8 passagerfly 255 836 917 570 Mach 0,85 ved 35 000  ft ( 10 668  m ) højde
Hastighed af en .22 kaliber lang rifle kugle 326,14 1070 1174.09 729,55
Den officielle landhastighedsrekord 341.1 1119.1 1227,98 763
Den lydhastigheden i tør luft ved havoverfladen tryk og 20 ° C 343 1125 1235 768 Mach 1 pr. Definition. 20 ° C = 293,15  kelvin .
Snudehastighed på en 7,62 × 39 mm patron 710 2330 2600 1600 Den 7,62 × 39mm runde er en riffel patron af sovjetisk oprindelse
Officiel flyshastighedsrekord for jetmotorer 980 3215 3530 2194 Lockheed SR-71 Blackbird
Rumfærgen ved genindrejse 7800 25 600 28 000 17.500
Undslippe hastighed på jorden 11 200 36 700 40 000 25 000 11,2 km · s −1
Voyager 1 relativ hastighed i forhold til solen i 2013 17 000 55 800 61 200 38 000 Hurtigste heliocentriske recessionshastighed for ethvert menneskeskabt objekt. (11 mi / s)
Gennemsnitlig orbitale hastighed på planeten Jorden omkring solen 29 783 97 713 107 218 66 623
Den hurtigste registrerede hastighed på Helios-sonderne . 70,220 230,381 252.792 157.078 Anerkendt som den hurtigste hastighed opnået af et menneskeskabte rumfartøj, opnået i solbane .
Lysets hastighed i vakuum (symbol c ) 299 792 458 983 571 056 1 079 252 848 670 616 629 Nemlig 299 792 458  m / s , pr. Definition af måleren


Psykologi

Ifølge Jean Piaget er intuitionen for begrebet hastighed hos mennesker forud for varigheden og er baseret på forestillingen om uddistancering. Piaget studerede dette emne inspireret af et spørgsmål, der blev stillet til ham i 1928 af Albert Einstein : "I hvilken rækkefølge erhverver børn begreberne tid og hastighed?" Børnenes tidlige hastighedsbegreb er baseret på "overhaling", idet der kun tages hensyn til tidsmæssige og rumlige ordrer, specifikt: "Et bevægeligt objekt vurderes at være hurtigere end et andet, når det første objekt på et givet tidspunkt er bagud og et øjeblik eller deromkring senere foran det andet objekt. "

Se også

Referencer

  • Richard P. Feynman , Robert B. Leighton, Matthew Sands. Feynman-forelæsningerne om fysik , bind I, afsnit 8–2. Addison-Wesley , Reading, Massachusetts (1963). ISBN   0-201-02116-1 .