在速度和速度之间的差异存在,虽然两者是相关的物理量。在公共语言中,一个术语或另一个术语可以互换使用,就好像它们是同义词一样,但是在物理学中,有必要区分它们。
本文定义了这两个概念,指出了不同之处,并使用示例解释了如何以及何时应用一个或另一个。为简化起见,我们考虑运动中的粒子,然后从那里回顾速度和速度的概念。
图1.粒子在曲线中移动的速度和速度。编写者:F。Zapata。
速度与速度之间的差异
速度 | 速度 | |
---|---|---|
定义 | 它是每单位时间行进的距离 | 它是每个时间单位内的位移(或位置变化) |
符号 | v | v |
数学对象类型 | 爬 | 向量 |
公式(有限的时间)* | v =Δs/Δt | v =Δr/Δt |
公式(给定的时间)** | v = ds / dt = s'(t) | v = dr / dt = r '(t) |
公式说明 | *行驶路径的长度除以行驶时间的长度**在瞬时速度下,时间长度趋于零。
**数学运算是路径弧相对于时间t的时间的函数导数。 |
*向量位移除以位移发生的时间段。
**在瞬时速度下,时间流逝趋于零。 **数学运算是位置函数相对于时间的导数。 |
特点 |
要表达它,只需要一个正实数,而不管运动发生在什么空间上。 **瞬时速度是瞬时速度的绝对值。 |
表达它可能需要多个实数(正数或负数),具体取决于运动发生的空间尺寸。
**瞬时速度的模数是瞬时速度。 |
直线段速度均匀的示例
上表总结了速度和速度的各个方面。然后,作为补充,考虑几个示例,这些示例说明了所涉及的概念及其关系:
-范例1
假设红色蚂蚁沿着直线并沿下图所示的方向移动。
图2.一条直线上的蚂蚁。资料来源:F. Zapata。
另外,蚂蚁均匀移动,以使其在0.25秒的时间内行进30毫米。
确定蚂蚁的速度和速度。
解
通过将行进距离Δs除以时间段Δt来计算蚂蚁的速度。
v =Δs/Δt=(30毫米)/(0.25s)= 120毫米/秒= 12厘米/秒
通过将位移Δr除以产生位移的时间段来计算蚂蚁的速度。
相对于X轴在30º方向上的位移为30 mm,或紧凑的形式:
Δ - [R =(30毫米| 30°)
可以注意到,由于位移是矢量,所以位移由大小和方向组成。或者,可以按照其笛卡尔分量X和Y表示位移,方法是:
Δ - [R =(30毫米×COS(30°),30毫米×SIN(30°))=(25.98毫米;15.00毫米)
蚂蚁的速度是通过将位移除以产生蚂蚁的时间段来计算的:
v =Δ - [R /ΔT =(25.98毫米/ 0.25秒;15.00毫米/ 0.25秒)=(103.92; 60.00)毫米/秒
以笛卡尔分量X和Y以及以cm / s为单位的速度为:
v =(10.392; 6.000)cm / s。
或者,速度矢量可以以其极性形式(模π方向)表示,如下所示:
v =(12厘米/秒¦30º)。
注意:在此示例中,由于速度恒定,因此平均速度和瞬时速度一致。发现瞬时速度的模数为瞬时速度。
例子2
前一个示例中的相同蚂蚁遵循下图所示的三角形路径,从A到B,然后从B到C,最后从C到A。
图3.一只蚂蚁的三角形路径。资料来源:F. Zapata。
AB节涵盖了0.2秒;BC运行它的时间为0.1s,CA最终运行的时间为0.3s。找到行程ABCA的平均速度和行程ABCA的平均速度。
解
为了计算蚂蚁的平均速度,我们首先确定行进的总距离:
Δs= 5厘米+ 4厘米+ 3厘米= 12厘米。
整个旅程所用的时间跨度为:
Δt= 0.2s + 0.1s + 0.3s = 0.6 s。
因此,蚂蚁的平均速度为:
v =Δs/Δt=(12厘米)/(0.6s)= 20厘米/秒
接下来,计算ABCA路线中蚂蚁的平均速度。在这种情况下,蚂蚁造成的位移为:
Δ R =(0厘米;0厘米)
这是因为偏移是结束位置减去开始位置之间的差。由于两个位置相同,因此它们的差为零,从而导致零位移。
零位位移是在0.6s的时间内执行的,所以蚂蚁的平均速度为:
v =(0厘米; 0厘米)/0.6s =(0; 0)厘米/秒
结论:平均速度为20 cm / s,但在ABCA路径中平均速度为零。
弯曲截面速度均匀的示例
例子3
昆虫以相等的速度在半径为0.2m的圆上移动,从A到达B,在0.25 s内绕过圆周的1/4。
图4.圆形截面的昆虫。资料来源:F. Zapata。
在AB节中确定昆虫的速度和速度。
解
A和B之间的圆周弧长为:
Δs=2πR/ 4 =2π(0.2m)/4=0.32m。
应用平均速度的定义,我们有:
v =Δs/Δt= 0.32 m / 0.25 s = 1.28 m / s。
要计算平均速度,必须计算初始位置A和最终位置B之间的位移矢量:
Δ - [R =(0,R) - (R,0)=(-R,R)=(-0.2,0.2)米
应用平均速度的定义,我们得到:
v=Δr /Δt=(-0.2,0.2)m / 0.25s =(-0.8,0.8)m / s。
先前的表达式是以笛卡尔形式表示的A和B之间的平均速度。另外,平均速度也可以极性表示,即模数和方向:
- v - =((-0.8)^ 2 + 0.8 ^ 2)^(1/2)R = 1.13米/秒
方向=相对于X轴的arctan(0.8 /(-0.8))= arctan(-1)=-45º+180º=135º。
最后,极坐标形式的平均速度矢量为:v =(1.13 m / s135º)。
例子4
假设上一个示例中昆虫的起始时刻是从A点开始的0s,我们可以得出其在任意时刻t的位置矢量为:
r(t)=。
确定任意时间t的速度和瞬时速度。
解
- 阿隆索M.,芬恩E.物理卷I:力学。1970年。FondaEducativo Interamericano SA
- 休伊特,体育。概念物理科学。第五版。皮尔森
- 年轻,休。大学物理与现代物理学。第14版皮尔森(Ed。Pearson)。
- 维基百科。速度。从以下位置恢复:es.wikipedia.com
- Zita,A。速度与速度之差。从以下网站恢复:differentiator.com