Fart - Speed

Fart
Hastighed kan betragtes som den hastighed, hvormed et objekt dækker afstand. Et objekt i hurtig bevægelse har en høj hastighed og dækker en relativt stor afstand i en given mængde tid, mens et objekt i langsom bevægelse dækker en relativt lille mængde afstand på samme tid.
Fælles symboler	v
SI -enhed	m/s, m ​​s −1
Dimension	L T −1

I daglig brug og kinematik er et objekts hastighed (almindeligvis omtalt som v ) størrelsen af ændringshastigheden for dets position med tiden eller størrelsen af ​​ændringen af ​​dets position pr. Tidsenhed; det er således en skalær mængde. Den gennemsnitlige hastighed af et objekt i et tidsinterval er afstanden tilbagelagt af objektet divideret med varigheden af intervallet; den øjeblikkelige hastighed er grænsen for gennemsnitshastigheden, når tidsintervallets varighed nærmer sig nul.

Hastighed har afstandens dimensioner divideret med tid. Den SI-enheden for hastighed er den meter per sekund (m / s), men den mest almindelige enhed af hastighed i brug hverdagen er kilometer i timen (km / t) eller, i USA og Storbritannien, miles i timen (mph ). Til luft- og sørejser bruges knuden almindeligt.

Den hurtigste mulige hastighed, hvormed energi eller information kan rejse, ifølge særlig relativitet , er lysets hastighed i et vakuum c =299 792 458 meter i sekundet (ca.1 079 000 000  km/t eller671 000 000  mph ). Materiale kan ikke helt nå lysets hastighed, da dette ville kræve en uendelig mængde energi. I relativitetens fysik erstatter begrebet hurtighed den klassiske idé om hastighed.

Definition

Historisk definition

Den 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, altså

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

hvor er hastighed, afstand og tid. En cyklist, der f.eks. Tilbagelægger 30 meter på en tid på 2 sekunder, har en hastighed på 15 meter i sekundet. Objekter i bevægelse har ofte variationer i hastighed (en bil kan køre langs en gade med 50 km/t, langsom til 0 km/t og derefter nå 30 km/t). ${\ displaystyle v}$${\ displaystyle d}$${\ displaystyle t}$

Øjeblikkelig hastighed

Hastighed på et eller andet tidspunkt, eller antaget konstant i løbet af en meget kort periode, kaldes øjeblikkelig hastighed . Ved at kigge på et speedometer kan man aflæse en bils øjeblikkelige hastighed på ethvert øjeblik. En bil, der kører med 50 km/t, går generelt i mindre end en time med en konstant hastighed, men hvis den kørte med den hastighed i en hel time, ville den rejse 50 km. Hvis køretøjet fortsatte med denne hastighed i en halv time, ville det tilbagelægge halvdelen af ​​denne afstand (25 km). Hvis det fortsatte i kun et minut, ville det dække omkring 833 m.

I matematiske termer er den øjeblikkelige hastighed defineret som størrelsen af ​​den øjeblikkelige hastighed , det vil sige derivatet af positionen med hensyn til tid : ${\ displaystyle v}$ ${\ displaystyle {\ boldsymbol {v}}}$${\ displaystyle {\ boldsymbol {r}}}$

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

Hvis er længden af ​​stien (også kendt som afstanden) tilbagelagt indtil tiden , er hastigheden lig med tidsafledningen af : ${\ displaystyle s}$${\ displaystyle t}$${\ displaystyle s}$

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

I det særlige tilfælde, hvor hastigheden er konstant (det vil sige konstant hastighed i en lige linje), kan dette forenkles til . Gennemsnitshastigheden over et begrænset tidsinterval er den samlede tilbagelagte afstand divideret med tidsvarigheden. ${\ displaystyle v = s/t}$

Gennemsnitshastighed

Forskelligt 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. På samme måde, hvis der tilbagelægges 320 kilometer på 4 timer, er gennemsnitshastigheden også 80 kilometer i timen. Når en afstand i kilometer (km) divideres med et tidspunkt i timer (h), er resultatet i kilometer i timen (km/t).

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

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

Ved at bruge denne ligning til en gennemsnitlig hastighed på 80 kilometer i timen på en 4-timers tur, er den tilbagelagte afstand fundet til at være 320 kilometer.

Udtrykt i grafisk sprog er hældningen af en tangentlinje på ethvert tidspunkt i en afstand-tid-graf den øjeblikkelige hastighed på dette tidspunkt, mens hældningen af ​​en akkordlinje i den samme graf er gennemsnitshastigheden i det tidsinterval, der dækkes af akkord. Gennemsnitshastighed for et objekt er Vav = s ÷ t

Forskel mellem hastighed og hastighed

Hastighed angiver kun, hvor hurtigt et objekt bevæger sig, hvorimod hastighed beskriver både hvor hurtigt og i hvilken retning objektet bevæger sig. Hvis en bil siges at køre med 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 blevet specificeret.

Den store forskel kan skelnes, når man overvejer bevægelse rundt om 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.

Tangential hastighed

Del af en serie om
Klassisk mekanik
${\ displaystyle {\ textbf {F}} = {\ frac {d} {dt}} (m {\ textbf {v}})}$ Anden lov om bevægelse
Historie Tidslinje Lærebøger
Grene
Grundlæggende
Formuleringer
Kerneemner
Rotation
Forskere
Fysik portal  Kategori
v t e

Lineær hastighed er den tilbagelagte afstand pr. Tidsenhed, mens tangentialhastighed (eller tangentialhastighed) er den lineære hastighed for noget, der bevæger sig langs en cirkulær vej. Et punkt på yderkanten af ​​en snert eller drejeskive bevæger sig en større afstand i en komplet rotation end et punkt tættere på midten. At rejse en større afstand på samme tid betyder en større hastighed, og derfor er lineær hastighed større på yderkanten af ​​et roterende objekt, end det er tættere på aksen. Denne hastighed langs en cirkulær bane er kendt som tangentialhastighed fordi bevægelsesretningen er tangent til omkredsen af cirklen. For cirkulær bevægelse bruges udtrykkene lineær hastighed og tangential hastighed i flæng, 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 merry-go-round eller drejeskive drejer om rotationsaksen på samme tid. Således deler alle dele den samme rotationshastighed eller det samme antal rotationer eller omdrejninger pr. Tidsenhed. Det er almindeligt at udtrykke rotationshastigheder i omdrejninger pr. Minut (RPM) eller udtrykt i antal "radianer", der drejes i en tidsenhed. Der er lidt mere end 6 radianer i en fuld rotation (2 π radianer nøjagtigt). Når en retning er tildelt rotationshastighed, er det kendt som rotationshastighed eller vinkelhastighed . Rotationshastighed er en vektor, hvis størrelse er rotationshastigheden.

Tangentialhastighed og rotationshastighed hænger sammen: jo større omdrejningstal, desto større er hastigheden i meter i sekundet. Tangentialhastighed er direkte proportional med rotationshastighed ved enhver fast afstand fra rotationsaksen. Imidlertid afhænger tangentialhastighed, 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 tangentialhastigheden proportionalt med afstanden fra aksen. I ligningsform:

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

hvor v er tangential hastighed og ω (græsk omega ) er rotationshastighed. Man bevæger sig hurtigere, hvis rotationshastigheden stiger (en større værdi for ω), og en bevæger sig også hurtigere, hvis der sker 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. Gå tre gange så langt ud, og du har tre gange så meget tangential hastighed. I enhver form for roterende system afhænger tangentialhastigheden af, hvor langt du er fra rotationsaksen.

Når korrekte enheder bruges til tangential hastighed v , rotationshastighed ω og radial afstand r , bliver den direkte andel af v til både r og ω den nøjagtige ligning

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

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

Enheder

Hastighedsenheder omfatter:

• meter i sekundet (symbol m s ⁻¹ eller m/s), den SI afledte enhed ;
• kilometer i timen (symbol km/t);
• miles i timen (symbol mi/t eller mph);
• knob ( sømil i timen, symbol kn eller kt);
• fod pr. sekund (symbol fps eller ft/s);
• Mach -nummer ( dimensionsløst ), hastighed divideret med lydens hastighed ;
• i naturlige enheder (dimensionsløs), hastighed divideret med lysets hastighed i vakuum (symbol c =299 792 458  m/s ).

(* = omtrentlige værdier)

Eksempler på forskellige hastigheder

Psykologi

Ifølge Jean Piaget går intuitionen til forestillingen om hastighed hos mennesker forud for varighed og er baseret på forestillingen om outdistancering. Piaget studerede dette emne inspireret af et spørgsmål stillet til ham i 1928 af Albert Einstein : "I hvilken rækkefølge tilegner børn sig begreberne tid og hastighed?" Børns tidlige begreb om hastighed er baseret på "overhaling", idet der kun tages hensyn til tidsmæssige og rumlige ordrer, specifikt: "Et objekt i bevægelse 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 -foredragene om fysik , bind I, afsnit 8–2. Addison-Wesley , Reading, Massachusetts (1963). ISBN  0-201-02116-1 .