Загальні відомості
Поїзд в русі. Залізничний вокзал в Сімферополі, Крим, Росія.
Швидкість - міра вимірювання пройденої відстані за певний час. Швидкість може бути скалярною величиною і векторної - при цьому враховується напрямок руху. Швидкість руху по прямій лінії називається лінійної, а по колу - кутовий.
Вимірювання швидкості
Середню швидкість v знаходять, поділивши загальну пройдену відстань Δx на загальний час Δt. v = Δx / Δt.
В системі СІ швидкість вимірюють в метрах в секунду. Широко використовуються також кілометри на годину в метричній системі і милі в годину в США і Великобританії. Коли крім величини зазначено і напрямок, наприклад 10 метрів в секунду на північ, то мова йде про векторної швидкості.
Швидкість рухомих з прискоренням тел можна знайти за допомогою формул:
- Тіло, що рухається з постійним прискоренням a. з початковою швидкістю u протягом періоду Δt. має кінцеву швидкість v = u + a × Δt.
- Тіло, що рухається з постійним прискоренням a. з початковою швидкістю u і кінцевою швидкістю v. має середню швидкість Δv = (u + v) / 2.
Середні швидкості
Швидкість світла та звуку
Відповідно до теорії відносності, швидкість світла у вакуумі - найбільша швидкість, з якою може пересуватися енергія та інформація. Вона позначається константою c і дорівнює c = 299 792 458 метрів в секунду. Матерія не може рухатися зі швидкістю світла, тому що для цього знадобиться нескінченну кількість енергії, що неможливо.
Швидкість звуку зазвичай вимірюється в пружною середовищі, і дорівнює 343,2 метра в секунду в сухому повітрі при температурі 20 ° C. Швидкість звуку найнижча в газах, а найвища - в твердих тілах. Вона залежить від щільності, пружності, і модуля зсуву речовини (який показує ступінь деформації речовини при сдвиговой навантаженні). Число Маха M - це відношення швидкості тіла в середовищі рідини або газу до швидкості звуку в цьому середовищі. Його можна обчислити за формулою:
Боїнг 777-236 / ER G-VIIN авіакомпанії British Airways (Британські Авіалінії), що заходить на посадку в аеропорту Торонто імені Лестера Б. Пірсона (Канада)
де a - це швидкість звуку в середовищі, а v - швидкість тіла. Число Маха зазвичай використовується у визначенні швидкостей, близьких до швидкості звуку, наприклад швидкостей літаків. Ця величина непостійна; вона залежить від стану середовища, яке, в свою чергу, залежить від тиску і температури. Надзвукова швидкість - швидкість, що перевищує 1 Мах.
Швидкість транспортних засобів
Нижче наведені деякі швидкості транспортних засобів.
- Пасажирські літаки з двигунами турбовентиляторів: крейсерська швидкість пасажирських літаків - від 244 до 257 метрів в секунду, що відповідає 878-926 кілометрів на годину або M = 0,83-0,87.
- Високошвидкісні поїзди (як «Сінкансен» в Японії): такі поїзди досягають максимальних швидкостей від 36 до 122 метрів в секунду, тобто від 130 до 440 кілометрів на годину.
швидкість тварин
Максимальна швидкість, з якою може бігти кішка - 13 метрів в секунду або 47 кілометрів на годину.
Максимальні швидкості деяких тварин приблизно рівні:
- Яструб: 89 метрів в секунду, 320 кілометрів на годину (швидкість високошвидкісного поїзда)
- Гепард: 31 метр в секунду, 112 кілометрів на годину (швидкість більш повільних високошвидкісних поїздів)
- Антилопа: 27 метрів в секунду, 97 кілометрів на годину
- Лев: 22 метра в секунду, 79 кілометрів на годину
- Газель: 22 метра в секунду, 79 кілометрів на годину
- Гну: 22 метра в секунду, 79 кілометрів на годину
- Кінь: 21 метр в секунду, 75 кілометрів на годину
- Мисливська собака: 20 метрів в секунду, 72 кілометри на годину
- Лось: 20 метрів в секунду, 72 кілометри на годину
Оздоровчий біг в Лондоні. Людина може досягти швидкості до 30 км / ч.
швидкість людини
- Люди ходять зі швидкістю приблизно 1,4 метра в секунду або 5 кілометрів на годину, і бігають зі швидкістю приблизно до 8,3 метра в секунду, або до 30 кілометрів на годину.
Приклади різних швидкостей
чотиривимірна швидкість
У класичній механіці векторна швидкість вимірюється в тривимірному просторі. Згідно спеціальної теорії відносності, простір - чотиривимірний, і у вимірі швидкості також враховується четвертий вимір - простір-час. Така швидкість називається чотиривимірної швидкістю. Її напрямок може змінюватися, але величина постійна і дорівнює c. тобто швидкості світла. Чотиривимірна швидкість визначається як
де x являє світову лінію - криву в просторі-часі, по якій рухається тіло, а τ - «власний час», рівне інтервалу уздовж світової лінії.
Місячний скафандр в експозиції Космічного центру імені Кеннеді
групова швидкість
Групова швидкість - це швидкість поширення хвиль, що описує швидкість поширення групи хвиль і визначає швидкість перенесення енергії хвиль. Її можна обчислити як ∂ω / ∂k. де k - хвильове число, а ω - кутова частота. K вимірюють в радіанах / метр, а скалярную частоту коливання хвиль ω - в радіанах в секунду.
гіперзвукова швидкість
Гіперзвукова швидкість - це швидкість, що перевищує 3000 метрів в секунду, тобто у багато разів вище швидкості звуку. Тверді тіла, що рухаються з такою швидкістю, набувають властивостей рідин, так як завдяки інерції, навантаження в цьому стані сильніше, ніж сили, які утримують разом молекули речовини під час зіткнення з іншими тілами. При надвисоких гіперзвукових швидкостях два зіткнулися твердих тіла перетворюються в газ. У космосі тіла рухаються саме з такою швидкістю, і інженери, які проектують космічні кораблі, орбітальні станції і скафандри, повинні враховувати можливість зіткнення станції або космонавта з космічним сміттям та іншими об'єктами при роботі у відкритому космосі. При такому зіткненні страждає обшивка космічного корабля і скафандр. Розробники обладнання проводять експерименти зіткнень на гіперзвукової швидкості в спеціальних лабораторіях, щоб визначити, наскільки сильні зіткнення витримують скафандри, а також обшивка і інші частини космічного корабля, наприклад паливні баки і сонячні батареї, перевіряючи їх на міцність. Для цього скафандри і обшивку піддають дії ударів різними предметами зі спеціальної установки з надзвуковими швидкостями, що перевищують 7500 метрів в секунду.