En el lenguaje cotidiano, la velocidad y la velocidad se tratan como si significaran exactamente lo mismo. Si escuchaste a alguien comentar que "la velocidad del automóvil es de 40 kilómetros por hora", no te inmutarías. Pero en física, ese comentario cotidiano sobre la velocidad de un objeto contiene un error crítico.
Si tuviera que escribir 25 millas por hora (o 11 metros por segundo) como respuesta a una pregunta que le pidió unvelocidad, estarías equivocado. Pero si esa misma pregunta te preguntara por elvelocidaddel coche, estarías en lo cierto. ¿Por qué?
Entender la diferencia entre la rapidez de un objeto y su velocidad te dice la respuesta, lo prepara para problemas futuros que involucren movimiento circular y le presenta el concepto importante de uncantidad vectorial.
TL; DR (demasiado largo; No leí)
La velocidad es una cantidad escalar (solo tiene una magnitud), pero la velocidad es una cantidad vectorial (con una magnitud y una dirección). La velocidad es la velocidadcon una dirección.
Velocidad vs. Velocidad
La diferencia clave entre velocidad y velocidad es que la velocidad es uncantidad escalary la velocidad es uncantidad vectorial.
Las cantidades escalares son cosas como la temperatura, la presión y la energía, que se describen completamente por su "tamaño" omagnitud. Entonces, si la temperatura de un poco de agua es de 20 grados Celsius, no necesita más información para saber usted todo sobre ese valor: el número y su unidad definen completamente la temperatura del agua.
Los vectores, como la velocidad, la aceleración y la fuerza, tienen una magnitud pero también unadireccióny sin información sobre la dirección, no están completos.
La definición de velocidad es simplemente la tasa de cambio de la distancia recorrida o la distancia recorrida por unidad de tiempo. Entonces, si le dijeras a alguien sobre un automóvil que conduce a 10 m / s, esa sería una velocidad, y puedes recordar esto fácilmente porque eso sería lo que se muestra en un velocímetro (aunque probablemente en una unidad que no sea del SI). Sin embargo, si dices que viaja a 10 m / sA la derecha, agregó información sobre la dirección del movimiento y describió la cantidad vectorial que es la velocidad del automóvil. En términos matemáticos, la velocidad es lamagnitud de la velocidady tiene un valor absoluto.
Esta distinción abre la posibilidad de que la velocidad de un objeto pueda cambiar constantemente incluso cuando tiene un velocidad constante y, por lo tanto, puede tener aceleración (otra cantidad vectorial: la tasa de cambio de velocidad) a pesar de una velocidad constante. Considere ese mismo automóvil conduciendo a una velocidad constante de 15 m / s alrededor de un circuito de carreras circular. La cantidad de distancia que cubre por unidad de tiempo (su velocidad) no cambia, perola dirección cambia continuamente, por lo que no tiene una velocidad constante.
Ecuaciones de velocidad, velocidad y aceleración
La diferencia en la definición de velocidad vs. el de la velocidad aparece en las ecuaciones para ambos, así como un reconocimiento implícito de que la velocidad es una cantidad vectorial.
Por velocidadv, la definición es simplemente la distanciaDviajado durante el intervalo de tiempoten cuestión:
v = \ frac {d} {t}
Para la velocidadv, el símbolo está en negrita (o se muestra con una flecha en la parte superior de lav, útil en ecuaciones escritas a mano) para significar que es un vector y relaciona el desplazamientos(un vector que describe la ubicación final relativa a una ubicación de inicio elegida, en una, dos o tres dimensiones) al intervalo de tiempo en el que tuvo lugar el desplazamiento.
\ bm {v} = \ frac {\ bm {s}} {t}
La velocidad instantánea está dada por la derivada del desplazamiento con respecto al tiempo:
\ bm {v} = \ frac {\ text {d} \ bm {s}} {\ text {d} t}
La unidad de velocidad es simplemente una unidad de distancia sobre una unidad de tiempo, como metros por segundo (m / s) o kilómetros por hora (km / h).
Aceleraciónaes otro vector, y se define como la tasa de cambio de velocidadvcon respecto al tiempo:
\ bm {a} = \ frac {\ text {d} \ bm {v}} {\ text {d} t}
La importancia de notar direcciones opuestas
La distinción entre velocidad y velocidad es importante debido a cosas como direcciones opuestas y la relación entre la velocidad y otros vectores como la aceleración.
Además de los automóviles que circulan por una pista, otro ejemplo es un caballo tiovivo que viaja a una velocidad constante de 2 m / s. Debido a que viaja en un círculo, su dirección lineal cambia continuamente y, por lo tanto, su velocidad es cambia constantemente y tiene una aceleración (para el movimiento circular, esto se llama centrípeto aceleración).
Otro ejemplo muestra la importancia de observar la velocidad vs. simplemente considerando la velocidad. Imagina que dos carros en una pista se precipitan uno hacia el otro y se preparan para chocar. Cuando lo hacen, uno de ellosdebercambia la direccion. Si no configura un marco de referencia común que le permita mostrar la diferencia en la dirección del movimiento, así como su velocidades (es decir, la diferencia de velocidad), esta información se perderá, y ni siquiera estaría claro que estaban en una colisión ¡curso!
El hecho de que la velocidad sea una cantidad vectorial es crucial para el proceso de sumar velocidades: si ambos están en la misma dirección, se suman, pero si están en direcciones opuestas (digamos,Xy -X) el resultado es una resta. Para encontrar la velocidad neta de un objeto, por ejemplo, una bola de boliche que rueda por un pasillo móvil (las pasarelas móviles que se encuentran a menudo en los aeropuertos) que se mueve en la dirección opuesta,necesitarla información direccional sobre cada uno para calcular si la pelota terminará moviéndose hacia adelante o hacia atrás después de un período de tiempo.
En este caso, definiría una velocidad como en elXdirección (digamos, la dirección del movimiento de la bola de boliche) y la otra (el movimiento del pasillo móvil) como en el-Xdirección, luego sume las cantidades vectoriales, lo que en la práctica significaría restar la velocidad del pasillo móvil de la de la bola de boliche porque se mueven en direcciones opuestas.
Promedio vs. Velocidad instantánea
La diferencia entre la velocidad media e instantánea es crucial cuando el movimiento no es lineal (es decir, en línea recta), como cuando un corredor atraviesa una pista de atletismo. En cualquier momento dado, suvelocidad instantáneaes su velocidad y la dirección en la que viaja en ese momento exacto, por ejemplo, 7 m / s hacia el este. Pero su velocidad promedio es su totaldesplazamientodurante el intervalo de tiempo completo, su movimiento tuvo lugar en, digamos, 60 segundos. Esto significa que si hace una vuelta completa de 400 metros, volviendo a su ubicación original, su desplazamiento total es 0 m, por lo que su velocidad promedio sería 0 m / s.
Esto parece absurdo porque es obvio que supromedio velocidaddefinitivamente no era 0 m / s. Esto se define como su totaldistanciaviajó durante el período de tiempo, por lo que si corriera la pista de 400 metros en 60 segundos, su velocidad promedio sería 400 m / 60 s = 6,67 m / s. Suvelocidad instantaneaes simplemente su velocidad en un momento específico en el tiempo; por ejemplo, si pausaste un video de su carrera, su velocidad en ese momento exacto, en otras palabras, la cantidad de metros que viajaba por unidad de tiempo en ese momento.
Esto muestra el cuidado que debe tener con la medida que elija. La velocidad instantánea es mucho más útil que la velocidad promedio en una pista en bucle (o cualquier no lineal), mientras que Encontrar la velocidad instantánea y la velocidad media tiene ventajas si no es necesario conocer su dirección de movimiento.