Сила скорости представляет физическую величину, характеризуемую отношением перемещения к промежутку времени, за которое и произошло оное перемещение.
Понятие силы скорости
Сила скорости представляет одну из главных характеристик механического движения.
Она является выражением самой сути движения, определяя то отличие, которое присутствует между телом в неподвижном и подвижном состояниях.
В системе измерений общепринятого формата скорость измеряется в метрах за секунду. Иными словами, в физике в качестве единицы скорости обозначена скорость определенного равномерного прямолинейного движения, за одну секунду при котором телом будет совершен путь в один метр. В качестве единицы измерения скорости зачастую выступает вышеуказанный формат, однако частые случаи измерения скорости и в других единицах. Чтобы измерить скорость транспортных средств, например, обычно применяют единицу измерения, которая характеризуется пройденными за час километрами.
Важно знать, что скорость представляет векторную величину. Направление вектора скорости определяют, согласно определенной траектории движения. Вектор скорости при этом будет всегда направленным по касательной к траектории в точке прохождения движущегося объекта передвижения.
В качестве примера можно рассмотреть колесо едущего автомобиля. Колесо в момент движения будет вращаться, а все его точки при этом движутся по окружности. Брызги, которые от него разлетаются, также будут лететь по касательным к данным окружностям, указывая таким образом направления векторов скоростей отдельно взятых точек колеса.
Сила скорости, таким образом, может считаться характеристикой направления движения тела (направления вектора скорости) и быстроты его перемещений (модуль вектора скорости). При этом скорость тела может оказаться и отрицательной. Это будет означать движение тела в том направлении, которое считается противоположным направлению оси координат в избранной системе отсчета.
Виды скорости
Сила скорости будет зависеть от времени. Согласно характеру зависимости ее от времени, движение существует в таком виде:
- равномерное (движение с постоянной по модулю скоростью);
- неравномерное (в этом случае имеет место так называемая «средняя скорость»).
Средняя скорость определяется на основании такой формулы:
$\vec{U_ср} = \frac{\vec{\delta s}}{\delta t}$
Мгновенная скорость представляет показатель скорости в конкретный момент времени, являясь физической величиной, равной пределу, к которому будет стремиться средняя скорость в условиях бесконечного сокращения промежутка времени $\delta t$:
$\vec{U} = Lim_{\delta t\to 0}\frac{\vec{\delta s}}{\delta t}$
Мгновенная скорость, таким образом, в конкретный момент времени будет считаться соотношением очень незначительного перемещения $\vec{\delta s}$ к очень малому временному промежутку, за который и осуществлялось данное перемещение. Вектор мгновенной скорости направляется по касательной к траектории передвижения тела
Закон сложения скоростей на примерах
В разных системах отсчета силы скоростей движения тела будет связывать между собой классический закон сложения скоростей, который звучит таким образом: скорость тел относительно неподвижной системы отсчета равнозначна сумме скоростей в подвижной системе и наиболее подвижной системы отсчета в отношении к неподвижной.
На примерах можно рассмотреть движение пассажирского поезда по железной дороге при скорости 65 км/ч. По вагону такого поезда человек может перемещаться со скоростью, например, в 5 км/ч. Если воспринимать что железная дорога неподвижная и принимать ее за систему отсчета, тогда скорость человека относительно системы отсчёта (то есть относительно железной дороги), будет равна сложению скорости поезда и человека.
В первом случае скорость определяется сложением, поскольку человек перемещается в одном направлении с поездом, то есть скорость будет 70 км/ч (65 + 5).
Что касается второго случая, то он имеет место в ситуации, когда поезд и человек движутся в разных направлениях, то есть скорость получится 60 км/ч (65 – 5).
Однако это будет справедливым только в случае передвижения человека и поезда по одной линии. Если же имеет место перемещение человека под некоторым углом, тогда нужно будет учитывать и этот угол, понимая, что скорость является все-таки векторной величиной.
Вышеприведенный пример стоит рассмотреть более подробно для лучшего понимания действия силы скорости. Железная дорога в данном случае представляет неподвижную систему отсчета. В то же время, поезд, который по ней движется, будет подвижной системой. Вагон, по которому движется человек, представляет часть поезда.
Относительно вагона скорость человека будет равной пяти километрам в час и характеризоваться такой величиной, как $\vec{\delta U_ч}$. Скорость поезда (и, соответственно, вагона) относительно неподвижной системы будет равной 65 км/ч, обозначим ее как $\vec{\delta U_в}$.
За незначительный промежуток времени $\delta t$ успеют произойти такие события:
Человек будет перемещаться относительно вагона на расстояние $\vec{\delta S_ч}$;
Относительно железной дороги вагон будет перемещаться на такое расстояние: $\vec{\delta S_в}$.
В таком случае, за данный временной промежуток относительно железной дороги перемещение человека определяется таким образом:
$\vec{\delta S} = \vec{\delta S_ч}+\vec{\delta S_в}$
Это называется законом сложения перемещений. В приведенном примере перемещение человека относительно железной дороги будет равнозначно сумме его перемещений относительно вагона и также вагона относительно самой железной дороги: $\vec{\delta S = \vec{\delta U_ч}\delta t+\vec{\delta U_в}\delta t}$
Скорость человека относительно железной дороги тогда будет равной:
$\vec{U} = \frac{\vec{\delta S}}{\delta t}$
Поскольку $\vec{\delta S} = \vec{\delta S_ч}+\vec{\delta S_в}$, то
$U=\frac{\vec{\delta S}}{\delta t}=\frac{{vec{\delta S_ч}+\vec{\delta S_в}}{\delta t}=\frac{\vec{\delta S_ч}}{\delta t}+{\delta S_в}}{\delta t}$
Скорость человека относительно вагона тогда будет определяться так:
$\vec{\delta U_ч} = \frac{vec{\delta S_ч}}{\delta t}$
Скорость вагона относительно железной дороги составит:
$\vec{\delta U_в} = \frac{\vec{\delta S_в}}{\delta t}$
Таким образом, сила скорости человека относительно железной дороги определяется следующим образом:
$\vec{U} = vec{\delta U_ч}+\vec{\delta U_в}$
