Hastighet - Speed

Hastighet
Hastighet kan betraktes som hastigheten som et objekt dekker avstand. Et objekt i rask bevegelse har høy hastighet og dekker en relativt stor avstand på en gitt tid, mens et objekt i sakte bevegelse dekker en relativt liten mengde avstand på samme tid.
Vanlige symboler	v
SI -enhet	m/s, m ​​s −1
Dimensjon	L T −1

I daglig bruk og i kinematikk er hastigheten (vanligvis referert til som v ) til et objekt størrelsen på endringshastigheten til dens posisjon med tiden eller størrelsen på endringen av posisjonen per tidsenhet; det er dermed en skalær mengde. Den gjennomsnittlige hastigheten av et objekt i et visst tidsrom er den distanse som tilbakelegges av gjenstanden, dividert med varigheten av intervallet; den øyeblikkelige hastigheten er grensen for gjennomsnittshastigheten når tidsintervallet nærmer seg null.

Hastighet har dimensjonene avstand dividert med tid. Den SI-enhet for hastighet er meter per sekund (m / s), men den vanligste enhet av hastighet i daglig bruk er det kilometer per time (km / t) eller, i USA og Storbritannia, miles per time (mph ). Knuten er ofte brukt for fly- og sjøreiser .

Den raskest mulige hastigheten som energi eller informasjon kan bevege seg på, i henhold til spesiell relativitet , er lysets hastighet i et vakuum c =299 792 458 meter per sekund (ca.1 079 000 000  km/t eller671 000 000  mph ). Materiale kan ikke helt nå lysets hastighet, da dette vil kreve uendelig mye energi. I relativitetens fysikk erstatter begrepet hurtighet den klassiske ideen om hastighet.

Definisjon

Historisk definisjon

Den italienske fysikeren Galileo Galilei blir vanligvis kreditert for å være den første som måler hastighet ved å vurdere distansen som er tilbakelagt og tiden det tar. Galileo definerte hastigheten som den tilbakelagte distansen per tidsenhet. I ligningsform, det vil si

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

hvor er hastighet, er avstand og tid. En syklist som dekker for eksempel 30 meter på en tid på 2 sekunder, har for eksempel en hastighet på 15 meter i sekundet. Objekter i bevegelse har ofte variasjoner i hastighet (en bil kan kjøre langs en gate i 50 km/t, sakte til 0 km/t og deretter nå 30 km/t). ${\ displaystyle v}$${\ displaystyle d}$${\ displaystyle t}$

Øyeblikkelig hastighet

Hastighet på et øyeblikk, eller antatt konstant i løpet av en veldig kort periode, kalles øyeblikkelig hastighet . Ved å se på et hastighetsmåler kan man lese øyeblikkelig hastighet på en bil når som helst. En bil som kjører i 50 km/t går vanligvis i mindre enn en time med konstant hastighet, men hvis den gikk med den hastigheten i en hel time, ville den ha kjørt 50 km. Hvis bilen fortsatte med den hastigheten i en halv time, ville den tilbakelegge halvparten av denne distansen (25 km). Hvis den fortsatte i bare ett minutt, ville den dekke omtrent 833 moh.

I matematiske termer er øyeblikkelig hastighet definert som størrelsen på øyeblikkelig hastighet , det vil si derivatet av posisjonen med hensyn til tid : ${\ displaystyle v}$ ${\ displaystyle {\ boldsymbol {v}}}$${\ displaystyle {\ boldsymbol {r}}}$

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

Hvis er lengden på banen (også kjent som avstanden) reist til tiden , er hastigheten lik tidsderivatet av : ${\ displaystyle s}$${\ displaystyle t}$${\ displaystyle s}$

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

I det spesielle tilfellet der hastigheten er konstant (det vil si konstant hastighet i en rett linje), kan dette forenkles til . Gjennomsnittshastigheten over et begrenset tidsintervall er den totale tilbakelagte distansen dividert med tidsvarigheten. ${\ displaystyle v = s/t}$

Gjennomsnittshastighet

Forskjellig fra øyeblikkelig hastighet, er gjennomsnittshastigheten definert som den totale tilbakelagte distansen dividert med tidsintervallet. For eksempel hvis en distanse på 80 kilometer kjøres på 1 time, er gjennomsnittshastigheten 80 kilometer i timen. På samme måte, hvis 320 kilometer kjøres på 4 timer, er gjennomsnittshastigheten også 80 kilometer i timen. Når en distanse i kilometer (km) divideres med en tid i timer (h), er resultatet i kilometer i timen (km/t).

Gjennomsnittshastighet beskriver ikke hastighetsvariasjonene som kan ha funnet sted i kortere tidsintervaller (da det er hele tilbakelagte distanse dividert med total reisetid), og derfor er gjennomsnittshastigheten ofte ganske forskjellig fra en verdi av øyeblikkelig hastighet. Hvis gjennomsnittshastigheten og reisetiden er kjent, kan den tilbakelagte distansen beregnes ved å omorganisere definisjonen til

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

Ved å bruke denne ligningen for en gjennomsnittlig hastighet på 80 kilometer i timen på en 4-timers tur, er den tilbakelagte distansen funnet å være 320 kilometer.

Uttrykt i grafisk språk, er skråningen på en tangentlinje på et hvilket som helst punkt i en avstand-tid-graf den øyeblikkelige hastigheten på dette punktet, mens hellingen til en akkordlinje i samme graf er gjennomsnittshastigheten i tidsintervallet dekket av akkord. Gjennomsnittshastigheten til et objekt er Vav = s ÷ t

Forskjell mellom hastighet og hastighet

Hastighet angir bare hvor raskt et objekt beveger seg, mens hastigheten beskriver både hvor raskt og i hvilken retning objektet beveger seg. Hvis en bil sies å kjøre i 60 km/t, er hastigheten spesifisert. Men hvis bilen sies å bevege seg i 60 km/t mot nord, er hastigheten nå spesifisert.

Den store forskjellen kan sees når man vurderer bevegelse rundt en sirkel . Når noe beveger seg i en sirkulær bane og går tilbake til sitt utgangspunkt, den gjennomsnittlige hastighet er null, men den gjennomsnittlige hastighet finnes ved å dividere omkretsen av sirkelen ved den tid det tar for å bevege seg rundt sirkelen. Dette er fordi den gjennomsnittlige hastighet beregnes ved å betrakte bare den forskyvning mellom start- og endepunktene, mens den gjennomsnittlige hastighet tar bare hensyn til den totale distanse reist.

Tangensiell hastighet

Del av en serie om
Klassisk mekanikk
${\ displaystyle {\ textbf {F}} = {\ frac {d} {dt}} (m {\ textbf {v}})}$ Andre bevegelseslov
Historie Tidslinje Lærebøker
Grener
Grunnleggende
Formuleringer
Kjerneemner
Rotasjon
Forskere
Fysikkportal  Kategori
v t e

Lineær hastighet er distansen som tilbys per tidsenhet, mens tangensiell hastighet (eller tangensiell hastighet) er den lineære hastigheten til noe som beveger seg langs en sirkelbane. Et punkt på ytterkanten av en merry-go-round eller dreieskive reiser en større avstand i en fullstendig rotasjon enn et punkt nærmere midten. Å reise en større avstand på samme tid betyr en større hastighet, og derfor er lineær hastighet større på ytterkanten av et roterende objekt enn det er nærmere aksen. Denne hastigheten langs en sirkulær bane som er kjent som tangentialhastighet på grunn bevegelsesretningen er tangent til omkretsen av sirkelen. For sirkulær bevegelse brukes begrepene lineær hastighet og tangensiell hastighet om hverandre, og begge bruker enheter på m/s, km/t og andre.

Rotasjonshastighet (eller vinkelhastighet ) innebærer antall omdreininger per tidsenhet. Alle deler av en stiv karusell eller dreieskive svinger rundt rotasjonsaksen på samme tid. Dermed deler alle deler samme rotasjonshastighet, eller samme antall rotasjoner eller omdreininger per tidsenhet. Det er vanlig å uttrykke rotasjonshastigheter i omdreininger per minutt (RPM) eller når det gjelder antall "radianer" som dreies i en tidsenhet. Det er litt mer enn 6 radianer i full rotasjon (2 π radianer nøyaktig). Når en retning er tilordnet rotasjonshastighet, er det kjent som rotasjonshastighet eller vinkelhastighet . Rotasjonshastighet er en vektor hvis størrelse er rotasjonshastigheten.

Tangensiell hastighet og rotasjonshastighet er relatert: jo større turtall, desto større er hastigheten i meter per sekund. Tangensiell hastighet er direkte proporsjonal med rotasjonshastigheten ved enhver fast avstand fra rotasjonsaksen. Imidlertid er tangensiell hastighet, i motsetning til rotasjonshastighet, avhengig av radial avstand (avstanden fra aksen). For en plattform som roterer med en fast rotasjonshastighet, er tangentialhastigheten i midten null. Mot kanten av plattformen øker tangensiell hastighet proporsjonalt med avstanden fra aksen. I ligningsform:

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

hvor v er tangensiell hastighet og ω (gresk omega ) er rotasjonshastighet. Man beveger seg raskere hvis rotasjonshastigheten øker (en større verdi for ω), og en beveger seg også raskere hvis bevegelse lenger fra aksen skjer (en større verdi for r ). Beveg deg dobbelt så langt fra rotasjonsaksen i midten, og du beveger deg dobbelt så raskt. Flytt ut tre ganger så langt, og du har tre ganger så mye tangential hastighet. I alle slags roterende systemer avhenger tangensiell hastighet av hvor langt du er fra rotasjonsaksen.

Når riktige enheter brukes for tangensiell hastighet v , rotasjonshastighet ω og radial avstand r , blir den direkte andelen av v til både r og ω den eksakte ligningen

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

Dermed vil tangensiell hastighet være direkte proporsjonal med r når alle deler av et system samtidig har samme ω, som for et hjul, skive eller stiv stav.

Enheter

Hastighetsenheter inkluderer:

• meter per sekund (symbolet m s ⁻¹ eller m/s), den SI -avledede enheten ;
• kilometer i timen (symbol km/t);
• miles i timen (symbol mi/t eller mph);
• knop ( nautiske mil i timen, symbolet kn eller kt);
• fot per sekund (symbol fps eller ft/s);
• Mach -nummer ( dimensjonsløst ), hastighet delt på lydens hastighet ;
• i naturlige enheter (dimensjonsløs), hastighet delt på lysets hastighet i vakuum (symbol c =299 792 458  m/s ).

(* = omtrentlige verdier)

Eksempler på forskjellige hastigheter

Psykologi

I følge Jean Piaget går intuisjonen for forestillingen om hastighet hos mennesker foran varigheten, og er basert på forestillingen om distansering. Piaget studerte dette emnet inspirert av et spørsmål han ble stilt til ham i 1928 av Albert Einstein : "I hvilken rekkefølge tilegner barna seg begrepene tid og fart?" Barnas tidlige begrep om fart er basert på "forbikjøring", og tar kun tidsmessige og romlige ordninger i betraktning, spesielt: "Et objekt i bevegelse blir dømt til å være raskere enn et annet når det første objektet i et gitt øyeblikk er bak og et øyeblikk eller så senere foran det andre objektet. "

Se også

Referanser

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