Сила скорости, формулы

Понятие силы скорости

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.

Статья: Сила скорости, формулы

Найди решение своей задачи среди 1 000 000 ответов

Найти решение задачи

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.

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.

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:

$\vec{U} = vec{\delta U_ч}+\vec{\delta U_в}$