يعرف كل من يقود سيارة مفهوم السرعة. إنه الرقم الموجود على عداد السرعة الذي يخبرك بمدى سرعة السيارة. في السيارات ، تُقاس السرعة بالأميال في الساعة (mph) أو الكيلومتر في الساعة (kph) ، لكن الوحدات التي يستخدمها الفيزيائيون غالبًا للسرعة هي متر في الثانية (m / s). يمكنك الحصول على تعريف دقيق للسرعة ببساطة عن طريق فحص هذه الوحدات. إنها وحدات المسافة المقطوعة (د) مقسومة على وحدات زمنية (t) ، وهذا هو أساسًا تعريف السرعة (S). في لغة الرياضيات تكتب هذا كـ
S = \ فارك {د} {t}
لحظية وسرعة متوسطة
يخبرك عداد السرعة في سيارتك إلى أي مدى تقطع في ساعة إذا حافظت على سرعة ثابتة ، لكن نادرًا ما يفعل ذلك السائقون. في ساعة القيادة النموذجية ، تتغير السرعة المسجلة بواسطة عداد السرعة باستمرار ، والمسافة الفعلية التي تقطعها في ساعة هي متوسط كل هذه السرعات. المسافة الإجمالية التي تقطعها في وحدة زمنية ، مثل الساعة ، هي متوسط سرعتك (Sav):
S_ {av} = \ frac {\ text {إجمالي المسافة}} {\ text {إجمالي الوقت}}
السرعة المعروضة على عداد السرعة هي سرعتك اللحظية (S.أنا). يعبر الفيزيائيون عن السرعة اللحظية بتعريفها على أنها التغيير في الموضع (x) بين فترتين زمنيتين ، t1 و ت2 والسماح للفاصل الزمني بالاقتراب من الصفر.
S_1 = \ frac {x_2-x_1} {t_2-t_1} = \ frac {\ Delta x} {\ Delta t}
إذا تركت ∆t تقترب من الصفر ، فستحصل على تعبير رياضي يُعرف باسم المشتق ، والذي يتم كتابته وفقًا للاتفاقية dx / dt. بالنسبة للفيزيائيين ، التعبير الأكثر دقة عن السرعة اللحظية هو
S_1 = \ فارك {dx} {دت}
السرعة والسرعة
غالبًا ما يستخدم الناس الكلمات السرعة والسرعة بالتبادل ، لكنهما لا يعنون نفس الشيء. السرعة هي كمية متجهة ، مما يعني أنها تحتوي على مكون اتجاهي ، في حين أن السرعة هي كمية قياسية لا تأخذ الاتجاه في الاعتبار.
لمعرفة سبب أهمية الاتجاه ، ضع في اعتبارك الاختلاف في الوقت الذي تستغرقه القيادة بين نقطتين على طريق مستقيم وأخرى متعرجة. إذا كان الطريق مستقيماً ، فيمكنك حساب متوسط جميع السرعات اللحظية المسجلة بواسطة عداد السرعة والحصول على نفس متوسط السرعة كما تفعل بقسمة المسافة الإجمالية على إجمالي الوقت. إذا كان الطريق عاصفًا ، فسيكون هذان الرقمان مختلفين. هذا لأن المكون الاتجاهي للسرعة نحو وجهتك يتناقص في كل مرة ينحرف فيها الطريق إلى اليسار أو اليمين.
يُشار إلى السرعة أحيانًا بالحرف v مع وجود سهم فوقه للدلالة على أنها كمية متجهة ، لكن السهم ليس ضروريًا حقًا. بحكم التعريف ، للسرعة مكون اتجاهي.
سرعة الدوران
عندما يدور جسم ما ، فإن سرعة الدوران هي عدد الدورات الكاملة التي يقوم بها في وحدة زمنية. الوحدات الأكثر شيوعًا هي الدورات في الدقيقة (rpm). النقاط في قرص الدوران لها سرعة أمامية تتغير باستمرار الاتجاه. السرعة العرضية هي السرعة الأمامية في أي لحظة ، وتتأثر بالمسافة الشعاعية من مركز الدوران. تتحرك النقاط البعيدة عن المركز أسرع من النقاط الأقرب إلى المركز. يمكنك حساب السرعة العرضية لنقطة على قرص دوار باستخدام التعبير:
S_ {tangential} = \ text {سرعة الدوران} \ مرات \ نص {مسافة شعاعية}