Oricine conduce un autoturism este familiarizat cu conceptul de viteză. Numărul de pe vitezometru vă spune cât de repede merge mașina. La automobile, viteza se măsoară în mile pe oră (mph) sau kilometri pe oră (kph), dar unitățile pe care fizicienii le folosesc cel mai adesea pentru viteză sunt metri pe secundă (m / s). Puteți obține o definiție exactă a vitezei pur și simplu examinând aceste unități. Sunt unități de distanță parcursă (d) împărțite la unități de timp (t), și aceasta este în principiu definiția vitezei (S). În limba matematicii scrieți acest lucru ca
S = \ frac {d} {t}
Viteza instantanee și medie
Vitezometrul din mașină vă spune cât de departe mergeți într-o oră dacă mențineți o viteză constantă, dar șoferii rareori fac asta. Într-o oră tipică de conducere, viteza înregistrată de vitezometru se schimbă constant, iar distanța reală parcursă într-o oră este o medie a tuturor acestor viteze. Distanța totală parcursă într-o unitate de timp, cum ar fi o oră, este viteza medie (Sav):
S_ {av} = \ frac {\ text {total distance}} {\ text {total time}}
Viteza afișată pe vitezometru este viteza instantanee (SEu). Fizicienii exprimă viteza instantanee definind-o ca schimbarea poziției (x) între două intervale de timp, t1 Si t2 și lăsând intervalul de timp să se apropie de zero.
S_1 = \ frac {x_2-x_1} {t_2-t_1} = \ frac {\ Delta x} {\ Delta t}
Dacă lăsați approacht să se apropie de zero, obțineți o expresie matematică cunoscută sub numele de derivată, care, prin convenție, se scrie dx / dt. Pentru fizicieni, cea mai exactă expresie a vitezei instantanee este
S_1 = \ frac {dx} {dt}
Viteză și viteză
Oamenii folosesc adesea cuvintele viteză și viteză în mod interschimbabil, dar nu înseamnă același lucru. Viteza este o mărime vectorială, ceea ce înseamnă că are o componentă direcțională, în timp ce viteza este o mărime scalară care nu ține cont de direcție.
Pentru a vedea de ce direcția este importantă, luați în considerare diferența de timp necesară pentru a conduce între două puncte pe un drum drept și unul sinuos. Dacă drumul este drept, puteți media toate vitezele instantanee înregistrate de vitezometru și puteți obține aceeași viteză medie ca ați împărți distanța totală la timpul total. Cu toate acestea, dacă drumul este vânt, aceste două numere vor fi diferite. Acest lucru se datorează faptului că componenta direcțională a vitezei spre destinație scade de fiecare dată când drumul virează spre stânga sau spre dreapta.
Viteza este uneori notată cu litera v cu o săgeată deasupra ei pentru a semnifica că este o cantitate vectorială, dar săgeata nu este cu adevărat necesară. Prin definiție, viteza are o componentă direcțională.
Viteza de rotatie
Când un obiect se rotește, viteza de rotație este numărul de rotații complete pe care le face într-o unitate de timp. Cele mai comune unități sunt rotațiile pe minut (rpm). Punctele dintr-un disc care se rotește au o viteză de înaintare care schimbă constant direcția. Viteza tangențială este viteza de avans în orice moment dat și este afectată de distanța radială de la centrul de rotație. Punctele mai îndepărtate de centru se mișcă mai repede decât punctele mai aproape de centru. Calculați viteza tangențială a unui punct pe un disc rotativ folosind expresia:
S_ {tangențială} = \ text {viteză de rotație} \ ori \ text {distanță radială}