Понятие скорости
Когда мы сравниваем движение каких-либо тел, то говорим, что одни тела двигаются быстрее, а другие - медленнее. Такую простую терминологию мы используем в повседневной жизни, говоря, например, о движении транспорта. В физике быстрота движения тел характеризуется определенной величиной. Эта величина называется скоростью. Общее определение скорости (в случае, если тело движется равномерно):
Скорость при равномерном движении тела - это физическая величина, показывающая, какой путь прошло тело за единицу времени.
Под равномерным движением тела подразумевается, что скорость тела постоянна. Формула нахождения скорости: v=st, s - это пройденный телом путь (то есть длина линии), t - время (то есть промежуток времени, за который пройден путь).
Согласно международной системе СИ, единица измерения линейной скорости является производной от двух основных единиц - метра и секунды, то есть измеряется в метрах в секунду (м/с). Это значит, что под единицей скорости понимается скорость такого равномерного движения, при котором путь в один метр тело проходит за одну секунду.
Также скорость часто измеряют в км/ч, км/с, см/с.
Рассмотрим простой пример задачи на вычисление скорости.
Задача. Двигаясь равномерно, поезд за 4 ч проходит 219 км. Найти его скорость движения.
Решение. v=219км4ч=54,75кмч. Переведём километры в метры и часы в секунды: 54,75кмч=54750м3600c≈15,2мc.
Ответ. 54,75кмч или 15,2мc.
Из примера мы видим, что числовое значение скорости отличается в зависимости от выбранной единицы измерения.
Кроме числового значения, скорость имеет направление. Числовое значение величины в физике называют модулем. Когда у физической величины есть и направление, то эту величину называют векторной. То есть скорость - это векторная физическая величина.
На письме модуль скорости обозначается v, а вектор скорости - →v.
В свою очередь, такие величины как путь, время, длина и другие характеризуются только числовым значением. Тогда говорят, что это скалярные физические величины.
В случае, когда движение является неравномерным, используют понятие средней скорости. Формула средней скорости: vср=st, где s - это весь пройденный телом путь, t - всё время движения. Рассмотрим пример задачи на среднюю скорость, чтобы понять разницу.
Задача. Некоторый транспорт за 2,5 часа преодолевает путь в 213 км. Найти его vср.
Решение. vср=213км2,5ч=85,2кмч=213000м9000с≈23,7мс.
Ответ. 85,2кмч или 23,7мс.
Линейная скорость
Определение линейной скорости относится к разделу физики о механике и подразделу о кинематике в рамках вопроса движения по окружности. В измерении скорости движения по окружности выделяют угловую скорость и линейную скорость.
Дадим определение линейной скорости.
Линейная скорость V - это физическая величина, показывающая путь, который прошло тело за единицу времени.
Формула линейной скорости:
V=St, где S - путь, t - время, за которое точка прошла путь S.
Также существует иной вариант этой формулы:
V=lt, где l - путь, t - время, за которое точка прошла по дуге l.
В некоторых учебниках линейная скорость также обозначается маленькой буквой v.
Есть ещё одна формула, по которой можно найти линейную скорость:
v=2πRT.
2π соответствует полной окружности (360 угловым градусам).
→V направленена по касательной к тракетории.
Связь между линейной и угловой скоростями
Чтобы проследить связь между линейной и угловой скоростями, нужно дать определение угловой скорости.
Угловая скорость - это величина, которая равна отношению угла поворота отрезка, соединяющего точку с центром окружности, к промежутку времени, за который этот поворот произошёл.
Записывается эта формула следующим образом:
ω=ϕt, где ϕ - это угловое перемещение (или угол поворота, измеряется в радианах), t - промежуток времени, за которое соврешено угловое перемещение.
В системе СИ угловая скорость измеряется в рад/с.
Угловую скорость также называют циклической частотой вращения, потому что при вращении твёрдого тела угловая скорость всех его точек одинакова.
Связь между V и ω: V=ωR.
Эта формула выводится из определения модуля центростремительного ускорения.
Центростремительное ускорение a - это ускорение точки при равномерном движении по окружности.
a=V2R и a=ω2R.
С помощью элементарных математических действий из этих двух формул выводится связь между V и ω.
Таким образом, в данной статье мы разобрали следующие понятия:
- скорость;
- линейная и угловая скорость;
- связь между линейной и угловой скоростями.