Viteză vs viteză: Care este diferența și de ce contează (cu exemple)

În limbajul cotidian, viteza și viteza sunt tratate ca și cum ar însemna exact același lucru. Dacă ați auzi pe cineva comentând că „viteza mașinii este de 25 de mile pe oră”, nu ați bate o pleoapă. Dar în fizică, acel comentariu de zi cu zi despre viteza unui obiect conține o eroare critică.

Dacă ar fi să scrieți 25 mile pe oră (sau 11 metri pe secundă) ca răspuns la o întrebare care v-a cerut unviteză, te-ai înșela. Dar dacă aceeași întrebare ți-a cerutvitezăde mașină, ai avea dreptate. De ce?

Înțelegerea diferenței dintre viteza unui obiect și viteza acestuia vă oferă răspunsul, vă pregătește pentru problemele viitoare care implică mișcare circulară și vă introduce în conceptul important de ocantitatea vectorială​.

TL; DR (Prea lung; Nu am citit)

Viteza este o mărime scalară (având doar o magnitudine), dar viteza este o mărime vectorială (cu o magnitudine și o direcție). Viteza este vitezacu o direcție​.

Diferența cheie între viteză și viteză este că viteza este acantitatea scalarăiar viteza este acantitatea vectorială​.

Cantitățile scalare sunt lucruri precum temperatura, presiunea și energia, care sunt complet descrise prin „dimensiunea” lor saumagnitudine. Deci, dacă temperatura apei este de 20 de grade Celsius, nu mai aveți nevoie de alte informații totul despre această valoare - numărul și unitatea sa definesc complet temperatura apă.

Vectorii, cum ar fi viteza, accelerația și forța, au o magnitudine, dar au și odirecţieși fără informații despre direcție, acestea nu sunt complete.

Definiția vitezei este pur și simplu rata de schimbare a distanței parcurse sau distanța parcursă pe unitate de timp. Așadar, dacă i-ai spune cuiva despre o mașină care conduce 10 m / s, aceasta ar fi o viteză și îți poți aminti cu ușurință acest lucru, deoarece asta ar fi arătat pe un vitezometru (deși probabil într-o unitate non-SI). Cu toate acestea, dacă spui că călătorește cu 10 m / sLa dreapta, ați adăugat informații despre direcția mișcării și ați descris cantitatea de vector care este viteza mașinii. În termeni matematici, viteza estemagnitudinea vitezeiși are o valoare absolută.

Această distincție deschide posibilitatea ca viteza unui obiect să se poată schimba constant chiar și atunci când are un viteză constantă, și astfel puteți avea accelerație (o altă cantitate vectorială - rata de schimbare a vitezei) în ciuda a viteza constanta. Luați în considerare aceeași mașină care conduce cu o viteză constantă de 15 m / s în jurul unui curs de curse circular. Distanța pe care o parcurge pe unitate de timp (viteza sa) nu se schimbă, dardirecția se schimbă continuu, deci nu are o viteză constantă.

Diferența în definiția vitezei vs. cea a vitezei apare în ecuațiile pentru ambele, precum și o recunoaștere implicită că viteza este o mărime vectorială.

Pentru vitezăv, definiția este pur și simplu distanțadparcurs în intervalul de timptîn cauză:

Pentru viteză​v​, simbolul este cu caractere aldine (sau afișat cu o săgeată peste partea de sus av, util în ecuațiile scrise de mână) pentru a semnifica faptul că este un vector și că raportează deplasarea​s​(un vector care descrie locația finală relativă la o locație de pornire aleasă, într-una, două sau trei dimensiuni) la intervalul de timp în care a avut loc deplasarea.

Viteza instantanee este dată de derivata deplasării în raport cu timpul:

Unitatea de viteză este pur și simplu o unitate de distanță pe o unitate de timp, cum ar fi metri pe secundă (m / s) sau kilometri pe oră (km / h).

Accelerare​A​este un alt vector și este definit ca rata de schimbare a vitezei​v​în ceea ce privește timpul:

Distincția dintre viteză și viteză este importantă din cauza unor lucruri precum direcții opuse și relația dintre viteză și alți vectori, cum ar fi accelerația.

Pe lângă mașinile care circulă în jurul unei piste, un alt exemplu este un cal carusel care călătorește cu viteza constantă de 2 m / s. Deoarece călătorește într-un cerc, direcția sa liniară se schimbă continuu și, prin urmare, viteza sa este se schimbă constant și are o accelerație (pentru mișcare circulară, aceasta se numește centripetă accelerare).

Un alt exemplu arată importanța privirii vitezei vs. pur și simplu luând în considerare viteza. Imaginați-vă că două căruțe pe o pistă se îndreaptă una spre cealaltă și se vor ciocni. Când o fac, una dintre eletrebuie saschimba directia. Dacă nu configurați un cadru de referință comun care vă permite să arătați diferența în direcția de mișcare, precum și a acestora viteze (adică diferența de viteză), aceste informații se vor pierde - și nici măcar nu ar fi clar că au fost într-o coliziune curs!

Faptul că viteza este o cantitate vectorială este crucial pentru procesul de adunare a vitezei - dacă sunt ambii în aceeași direcție, se adună împreună, dar dacă sunt în direcții opuse (să zicem,Xși -X) rezultatul este o scădere. Pentru a găsi viteza netă a unui obiect - de exemplu, o bilă de bowling care se rostogolește pe un travelator (pasarelele care se deplasează adesea în aeroporturi) care se deplasează în direcția opusă - tunevoieinformațiile direcționale despre fiecare pentru a calcula dacă mingea se va deplasa înainte sau înapoi după o perioadă de timp.

În acest caz, ați defini o viteză ca înXdirecția (de exemplu, direcția de mișcare a mingii de bowling) și cealaltă (mișcarea călătorului) ca în-Xdirecție, apoi adăugați cantitățile vectoriale, ceea ce, în practică, ar însemna scăderea vitezei călătorului din cea a mingii de bowling, deoarece acestea se deplasează în direcții opuse.

Diferența dintre viteza medie și cea instantanee este crucială atunci când mișcarea nu este liniară (adică în linie dreaptă), cum ar fi un alergător care traversează o pistă de atletism. În orice moment, eaviteza instantaneeeste viteza ei și direcția în care călătorește la acel moment exact, de exemplu, 7 m / s spre est. Dar viteza ei medie este totalădeplasarepe parcursul întregului interval de timp mișcarea ei a avut loc în, să zicem, 60 de secunde. Aceasta înseamnă că, dacă face o tură completă de 400 de metri, revenind la locația inițială, deplasarea ei totală este de 0 m, astfel încât viteza ei medie ar fi de 0 m / s.

Acest lucru pare absurd, deoarece este evident că eain medie​ ​vitezăcu siguranță nu era 0 m / s. Aceasta este definită ca totalul eidistanţăa călătorit pe parcursul perioadei de timp, așa că dacă a parcurs pista de 400 de metri în 60 de secunde, viteza medie ar fi de 400 m / 60 s = 6,67 m / s. A eiviteza instantaneeeste pur și simplu viteza ei într-un moment specific din timp - de exemplu, dacă ai întrerupt un videoclip cu alergarea ei, viteza ei în acel moment exact - cu alte cuvinte, numărul de metri pe care îi parcurgea pe unitate de timp moment.

Acest lucru arată cât de atent trebuie să fii cu măsura pe care o alegi. Viteza instantanee este mult mai utilă decât viteza medie pe o buclă (sau orice altă linie), în timp ce există avantaje în găsirea atât a vitezei instantanee, cât și a vitezei medii, dacă nu trebuie să știți direcția ei mişcare.