Hastighet - Speed

Hastighet
Hastighet
	Hastighet kan ses som den hastighet med vilken ett objekt täcker avstånd. Ett objekt i snabb rörelse har en hög hastighet och täcker ett relativt stort avstånd under en viss tid, medan ett objekt som rör sig långsamt täcker en relativt liten sträcka under samma tid.
Vanliga symboler	v
SI -enhet	m/s, m s −1
Dimensionera	L T −1

Vid daglig användning och i kinematik är hastigheten (vanligen kallad v ) för ett objekt storleken på förändringstakten för dess position med tiden eller storleken på förändringen av dess position per tidsenhet; det är alltså en skalär kvantitet. Den genomsnittliga hastigheten av ett objekt i ett tidsintervall är avståndet tillryggalagts av objektet dividerat med varaktig av intervallet; den momentana hastigheten är gränsen för medelhastigheten när tidsintervallets varaktighet närmar sig noll.

Hastighet har avståndets dimensioner dividerat med tid. Den SI-enheten av hastigheten är den meter per sekund (m / s), men den vanligaste enheten för hastighet i daglig användning är kilometer per timme (km / t) eller, i USA och Storbritannien, miles per timme (mph ). Knuten används ofta för flyg- och sjöresor .

Den snabbaste möjliga hastighet med vilken energi eller information kan färdas, enligt särskild relativitet , är ljusets hastighet i ett vakuum c =299 792 458 meter per sekund (ungefär1 079 000 000 km/h eller671 000 000 mph ). Material kan inte riktigt nå ljusets hastighet, eftersom detta skulle kräva en oändlig mängd energi. Inom relativitetens fysik ersätter begreppet snabbhet den klassiska idén om hastighet.

Definition

Historisk definition

Den italienska fysikern Galileo Galilei brukar krediteras med att vara den första som mätte hastigheten genom att överväga avståndet och den tid det tar. Galileo definierade hastigheten som den sträcka som täcks per tidsenhet. I ekvationsform, det vill säga

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

där är hastighet, avstånd och tid. En cyklist som täcker till exempel 30 meter på en tid på 2 sekunder, har en hastighet på 15 meter per sekund. Föremål i rörelse har ofta variationer i hastighet (en bil kan färdas längs en gata i 50 km/h, långsamt till 0 km/h och sedan uppnå 30 km/h). ${\ displaystyle v}$ ${\ displaystyle d}$ ${\ displaystyle t}$

Omedelbar hastighet

Hastighet vid något tillfälle, eller antagen konstant under en mycket kort tidsperiod, kallas momentan hastighet . Genom att titta på en hastighetsmätare kan man när som helst läsa av en ögonblicks hastighet för en bil. En bil som färdas med 50 km/h går i allmänhet mindre än en timme med konstant hastighet, men om den gick med den hastigheten i en hel timme, skulle den resa 50 km. Om fordonet fortsatte med den hastigheten i en halvtimme, skulle det täcka halva sträckan (25 km). Om det bara fortsatte i en minut skulle det täcka cirka 833 m.

I matematiska termer definieras den momentana hastigheten som storleken på den momentana hastigheten , det vill säga derivatan av positionen med avseende på 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}} \ höger | \ ,.}

Om är längden på banan (även känd som avståndet) reste tills tiden , är hastigheten lika med tidsderivatet av : ${\ displaystyle s}$ ${\ displaystyle t}$ ${\ displaystyle s}$

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

I specialfallet där hastigheten är konstant (det vill säga konstant hastighet i en rak linje) kan detta förenklas till . Medelhastigheten över ett begränsat tidsintervall är den totala rest sträckan dividerat med tidens varaktighet. ${\ displaystyle v = s/t}$

Medelhastighet

Till skillnad från momentan hastighet definieras medelhastigheten som den totala sträckan som täcks dividerat med tidsintervallet. Till exempel, om en sträcka på 80 kilometer körs på 1 timme, är medelhastigheten 80 kilometer i timmen. På samma sätt, om 320 kilometer körs på 4 timmar, är medelhastigheten också 80 kilometer i timmen. När en sträcka i kilometer (km) divideras med en tid i timmar (h) blir resultatet i kilometer i timmen (km/h).

Medelhastigheten beskriver inte de hastighetsvariationer som kan ha ägt rum under kortare tidsintervall (eftersom det är hela sträckan som täcks dividerat med den totala restiden), och så är medelhastigheten ofta ganska annorlunda än ett värde av momentan hastighet. Om medelhastigheten och restiden är känd kan avståndet beräknas genom att ordna om definitionen till

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

Med hjälp av denna ekvation för en medelhastighet på 80 kilometer i timmen på en 4-timmars resa, befinner sig den sträckta sträckan vara 320 kilometer.

Uttryckt i grafiskt språk är lutningen för en tangentlinje vid vilken punkt som helst i en distansdiagram den momentana hastigheten vid denna punkt, medan lutningen för en ackordlinje i samma graf är medelhastigheten under det tidsintervall som täcks av ackord. Medelhastigheten för ett objekt är Vav = s ÷ t

Skillnad mellan hastighet och hastighet

Hastighet anger bara hur snabbt ett objekt rör sig, medan hastighet beskriver både hur snabbt och i vilken riktning objektet rör sig. Om en bil sägs åka 60 km/h har dess hastighet specificerats. Men om bilen sägs röra sig i 60 km/h norrut har dess hastighet nu specificerats.

Den stora skillnaden kan skönjas när man överväger rörelse runt en cirkel . När något rör sig i en cirkulär bana och återgår till sin startpunkt, den genomsnittliga hastigheten är noll, men den genomsnittliga hastigheten hittas genom att dividera omkretsen av cirkeln genom den tid det tar att flytta runt cirkeln. Detta beror på att medelhastigheten beräknas genom att endast beakta förskjutningen mellan start- och slutpunkterna, medan medelhastigheten endast beaktar den totala sträckan .

Tangentiell hastighet

Linjär hastighet är avståndet per tidsenhet, medan tangentiell hastighet (eller tangentiell hastighet) är den linjära hastigheten för något som rör sig längs en cirkulär väg. En punkt på ytterkanten av en merry-go-round eller skivspelare färdas ett större avstånd i en komplett rotation än en punkt närmare mitten. Att resa ett större avstånd samtidigt betyder en högre hastighet, och linjär hastighet är därför större på ytterkanten av ett roterande föremål än det är närmare axeln. Denna hastighet längs en cirkulär bana är känd som tangentiell hastighet eftersom rörelseriktningen är tangentiellt till omkretsen av cirkeln. För cirkulär rörelse används termerna linjär hastighet och tangentiell hastighet omväxlande, och båda använder enheter av m/s, km/h och andra.

Rotationshastighet (eller vinkelhastighet ) innebär antalet varv per tidsenhet. Alla delar av en stel merry-go-round eller skivspelare svänger runt rotationsaxeln under samma tid. Således delar alla delar samma rotationshastighet, eller samma antal rotationer eller varv per tidsenhet. Det är vanligt att uttrycka rotationshastigheter i varv per minut (RPM) eller i termer av antalet "radianer" som vänds i en tidsenhet. Det finns lite mer än 6 radianer i en full rotation (2 $π$ radianer exakt). När en riktning tilldelas rotationshastigheten är den känd som rotationshastighet eller vinkelhastighet . Rotationshastighet är en vektor vars storlek är rotationshastigheten.

Tangentiell hastighet och rotationshastighet är relaterade: ju högre varvtal, desto större hastighet i meter per sekund. Tangentiell hastighet är direkt proportionell mot rotationshastigheten vid valfritt fast avstånd från rotationsaxeln. Tangentiell hastighet, till skillnad från rotationshastigheten, beror dock på radiellt avstånd (avståndet från axeln). För en plattform som roterar med en fast rotationshastighet är tangentiell hastighet i mitten noll. Mot kanten av plattformen ökar tangentialhastigheten proportionellt mot avståndet från axeln. I ekvationsform:

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

där v är tangentiell hastighet och ω (grekiska omega ) är rotationshastighet. En rör sig snabbare om rotationshastigheten ökar (ett större värde för ω), och en rör sig också snabbare om rörelse längre från axeln sker (ett större värde för r ). Flytta dubbelt så långt från rotationsaxeln i mitten och du rör dig dubbelt så snabbt. Flytta ut tre gånger så långt och du har tre gånger så mycket tangentiell hastighet. I alla slags roterande system beror tangentiell hastighet på hur långt du är från rotationsaxeln.

När rätt enheter används för tangentiell hastighet v , rotationshastighet ω och radiellt avstånd r blir den direkta andelen v till både r och ω den exakta ekvationen

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

Således kommer tangentiell hastighet att vara direkt proportionell mot r när alla delar av ett system samtidigt har samma ω, som för ett hjul, en skiva eller en styv trollstav.

Enheter

Hastighetsenheter inkluderar:

meter per sekund (symbol m s ⁻¹ eller m/s), den SI -härledda enheten ;
kilometer i timmen (symbol km/h);
miles i timmen (symbol mi/h eller mph);
knop ( nautiska mil i timmen, symbolen kn eller kt);
fot per sekund (symbol fps eller ft/s);
Mach -nummer ( måttlöst ), hastighet dividerat med ljudets hastighet ;
i naturliga enheter (måttlösa), hastighet dividerat med ljusets hastighet i vakuum (symbol c =299 792 458 m/s ).

Konverteringar mellan vanliga hastighetsenheter
	Fröken	km/h	mph	Knut	ft/s
1 m/s =	1	3.600 000	2.236 936 *	1.943 844 *	3.280 840 *
1 km/h =	0,277 778 *	1	0,621 371 *	0,539 957 *	0,911 344 *
1 mph =	0.447 04	1.609 344	1	0,868 976 *	1.466 667 *
1 knop =	0,514 444 *	1.852	1.150 779 *	1	1.687 810 *
1 fot/s =	0.3048	1.097 28	0,681 818 *	0,592 484 *	1

(* = ungefärliga värden)

Exempel på olika hastigheter

Hastighet	Fröken	ft/s	km/h	mph	Anteckningar
Ungefärlig hastighet för kontinental drift	0,000 000 01	0,000 000 03	0,000 000 04	0,000 000 02	4 cm/år. Varierar beroende på plats.
Hastighet på en vanlig snigel	0,001	0,003	0,004	0,002	1 millimeter per sekund
En rask promenad	1.7	5.5	6.1	3.8
En typisk vägcyklist	4.4	14.4	16	10	Varierar mycket efter person, terräng, cykel, ansträngning, väder
En snabb kampsportspark	7.7	25.2	27.7	17.2	Snabbaste sparken registrerad på 130 millisekunder från golv till mål på 1 meters avstånd. Genomsnittlig hastighet över sparkens varaktighet
Sprintlöpare	12.2	40	43,92	27	Usain Bolt 'är 100 meter världsrekord .
Ungefärlig genomsnittlig hastighet för cyklister	12.5	41,0	45	28	På platt terräng kommer det att variera
Typisk förorts hastighetsbegränsning i större delen av världen	13.8	45.3	50	30
Taipei 101 observatoriumhiss	16.7	54,8	60,6	37,6	1010 m/min
Typisk landsbygdshastighetsbegränsning	24.6	80,66	88,5	56
British National Speed Limit (enkel körväg)	26.8	88	96,56	60
Kategori 1 orkan	33	108	119	74	Minsta varaktiga hastighet över 1 minut
Genomsnittlig topphastighet för en gepard	33,53	110	120,7	75
Hastighetsbegränsning på en fransk autoroute	36.1	118	130	81
Högsta registrerade mänskliga hastigheten	37.02	121,5	133.2	82,8	Sam Whittingham i liggande cykel
Medelhastighet för mänskligt nysning	44,44	145,82	160	99,42
Noshastighet för en paintballmarkör	90	295	320	200
Marschfart för en Boeing 747-8 passagerarstråle	255	836	917	570	Mach 0,85 kl35 000 fot (10 668 m ) höjd
Hastighet på en .22 kaliber lång gevärkula	326,14	1070	1174,09	729,55
Det officiella landhastighetsrekordet	341.1	1119,1	1227,98	763
Ljudets hastighet i torr luft vid havsnivåtryck och 20 ° C	343	1125	1235	768	Mach 1 per definition. 20 ° C = 293,15 kelvin .
Noshastighet för en 7,62 × 39 mm patron	710	2330	2600	1600	Den 7,62 × 39 mm runda är en gevärspatron i Sovjet ursprung
Officiellt flyghastighetsrekord för flygmotorer med jetmotor	980	3215	3530	2194	Lockheed SR-71 Blackbird
Rymdfärjan vid återinträde	7800	25 600	28 000	17 500
Escape hastighet på jorden	11 200	36 700	40 000	25 000	11,2 km · s ⁻¹
Voyager 1 relativ hastighet till solen 2013	17 000	55 800	61 200	38 000	Snabbaste helioscentriska lågkonjunkturhastighet för alla konstgjorda objekt. (11 mi/s)
Medelhastigheten för planeten jorden runt solen	29 783	97 713	107 218	66 623
Den snabbaste registrerade hastigheten för Helios -sonderna .	70 220	230 381	252 792	157 078	Erkänd som den snabbaste hastigheten som uppnåtts av ett konstgjord rymdfarkost, uppnådd i solbana .
Ljusets hastighet i vakuum (symbol c )	299 792 458	983 571 056	1 079 252 848	670 616 629	Exakt 299 792 458 m/s , per definition av mätaren

Psykologi

Enligt Jean Piaget , intuitionen för begreppet hastighet hos människor föregår den av varaktighet, och är baserad på uppfattningen om outdistans. Piaget studerade detta ämne inspirerat av en fråga som Albert Einstein 1928 ställde till honom : "I vilken ordning förvärvar barn begreppen tid och hastighet?" Barns tidiga begrepp om hastighet är baserat på "omkörning", med hänsyn till endast tidsmässiga och rumsliga ordningar, särskilt: "Ett rörligt objekt bedöms vara snabbare än ett annat när det första objektet vid ett givet ögonblick är bakom och ett ögonblick eller så senare före det andra objektet. "

Se även

Referenser

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

Languages

In other projects