Введение

Величина скорости – свойство движущихся тел.

В повседневном использовании и в кинематике скорость (обычно обозначаемая как v) объекта – это величина изменения его положения во времени или величина изменения его положения за единицу времени; таким образом, это скалярная величина. Средняя скорость объекта за определенный промежуток времени равна расстоянию, пройденному объектом, деленному на длительность этого промежутка; мгновенная скорость – это предел средней скорости при стремлении длительности временного интервала к нулю. Скорость является величиной скорости (вектором), которая дополнительно указывает направление движения. Скорость имеет размерность расстояния, деленного на время. Основной (СИ) единицей измерения скорости является метр в секунду (м/с), однако в повседневной практике наиболее часто используются километр в час (км/ч) или, в США и Великобритании, миля в час (мпч). Для авиации и морского транспорта обычно применяется узел. Согласно специальной теории относительности, максимальная скорость, с которой могут распространяться энергия или информация, равна скорости света в вакууме c = 299 792 458 метров в секунду (приблизительно 1 079 000 000 или 671 000 000). Материя не может достичь скорости света, поскольку для этого потребовалось бы бесконечное количество энергии. В релятивистской физике понятие быстроты заменяет классическое представление о скорости.

Историческое определение

Итальянскому физику Галилео Галилею обычно приписывают то, что он первым измерил скорость, учитывая пройденное расстояние и затраченное на это время. Галилей определил скорость как расстояние, пройденное за единицу времени. В виде формулы это выглядит так:

где – скорость, – расстояние, а – время. Например, велосипедист, проехавший 30 метров за 2 секунды, имеет скорость 15 метров в секунду. Объекты в движении часто изменяют свою скорость (автомобиль может двигаться по улице со скоростью 50 км/ч, замедляться до 0 км/ч, а затем разгоняться до 30 км/ч).

Мгновенная скорость

Скорость в какой-то момент времени или, если считать постоянной на очень коротком промежутке времени, называется мгновенной скоростью. Поглядывая на спидометр, можно узнать мгновенную скорость автомобиля в любой момент времени. Если – длина пути (также известного как расстояние), пройденного к моменту времени , то скорость равна производной этой длины по времени. Если говорят, что автомобиль движется со скоростью 60 км/ч, то указана его скорость. Однако, если говорят, что автомобиль движется со скоростью 60 км/ч на север, то указана его скорость и направление, то есть его вектор скорости. Существенную разницу можно заметить, рассматривая движение по окружности. Когда объект движется по круговой траектории и возвращается в исходную точку, его средняя скорость равна нулю, но его средняя скорость вычисляется делением длины окружности на время, затраченное на совершение оборота. Это происходит потому, что средняя скорость рассчитывается, учитывая только перемещение между начальной и конечной точками, в то время как средняя скорость учитывает только общее пройденное расстояние.

Примеры различных скоростей

Скорость в м/с в км/ч в милях в час Примечания Средний глобальный подъем уровня моря 0,00000000011 0,00000000036 0,0000000004 0,00000000025 3,5 мм/год Приблизительная скорость дрейфа континентов 0,0000000013 0,0000000042 0,0000000045 0,0000000028 4 см/год, варьируется в зависимости от местоположения. Скорость обычной улитки 0,001 0,003 0,004 0,002 1 миллиметр в секунду Быстрая ходьба 1,7 5,5 6,1 3,8 Типичный велосипедист на дороге 4,4 14,4 16 10 Широко варьируется в зависимости от человека, местности, велосипеда, усилий и погоды. Быстрый удар боевых искусств 7,7 25,2 27,7 17,2 Самый быстрый удар, зарегистрированный за 130 миллисекунд от пола до цели на расстоянии 1 метр. Средняя скорость по продолжительности удара. Спринтер 12,2 40 43,92 27 Мировой рекорд Усейна Болта на 100 метров. Приблизительная средняя скорость велосипедистов на дорожных гонках 12,5 41,0 45 28 На ровной местности, будет варьироваться. Типичная пригородная скорость в большинстве стран мира 13,8 45,3 50 30 Лифт обсерватории Тайбэй 101 16,7 54,8 60,6 37,6 1010 м/мин Типичная сельская скорость 24,6 80,66 88,5 56 Британский национальный лимит скорости (однополосная дорога) 26,8 88 96,56 60 Ураган 1 категории 33 108 119 74 Минимальная устойчивая скорость в течение одной минуты. Средняя максимальная скорость гепарда 33,53 110 120,7 75 Предельная скорость на французском автомагистрали 36,1 118 130 81 Самая высокая зарегистрированная скорость, достигнутая человеком 37,02 121,5 133,2 82,8 Сэм Уиттингем на лежачем велосипеде. Средняя скорость человеческого чихания 44,44 145,82 160 99,42 Начальная скорость маркера для пейнтбола 90 295 320 200 Круизная скорость Boeing 747 255 836 917 570 Мах 0,85 на высоте 35000 (10668) футов. Скорость пули .22 Long Rifle 326,14 1070 1174,09 729,55 Официальный рекорд скорости на суше 341,1 1119,1 1227,98 763 Скорость звука в сухом воздухе при давлении на уровне моря и 20 °C 343 1125 1235 768 Мах 1 по определению. 20 °C = 293,15 кельвинов. Начальная скорость патрона 7,62×39 мм 710 2330 2600 1600 Патрон 7,62×39 мм — винтовочный патрон советского происхождения. Официальный рекорд скорости полета для самолетов с реактивными двигателями 980 3215 3530 2194 Lockheed SR 71 Blackbird. Космический челнок при повторном входе 7800 25600 28000 17500 Первая космическая скорость на Земле 11200 36700 40000 25000 11,2 км/с Voyager 1 Относительная скорость к Солнцу в 2013 году 17000 55800 61200 38000 Самая быстрая скорость удаления от Солнца среди созданных человеком объектов. (11 миль/с) Средняя орбитальная скорость планеты Земля вокруг Солнца 29783 97713 107218 66623 Самая быстрая зарегистрированная скорость зондов Helios 70220 230381 252792 157078 Признана самой быстрой скоростью, достигнутой космическим аппаратом, на солнечной орбите. Орбитальная скорость Солнца относительно центра галактики 251000 823000 904000 561000 Скорость Галактики относительно CMB 550000 1800000 2000000 1240000 Скорость света в вакууме (символ c) 299792458 983571056 1079252848 670616629 Ровно 299792458, по определению метра.

Психология

По словам Жана Пиаже, интуитивное понимание скорости у людей предшествует пониманию продолжительности и основывается на представлении о том, что один объект обгоняет другой. Пиаже изучал этот вопрос, вдохновленный вопросом, заданным ему в 1928 году Альбертом Эйнштейном: "В каком порядке дети усваивают понятия времени и скорости?" Раннее детское представление о скорости основано на "обгоне", при этом учитываются лишь временные и пространственные отношения, а именно: "Движущийся объект считается более быстрым, чем другой, если в определенный момент он находится позади, а через мгновение – впереди".