Самым распространённым определением скорости является ее как скорости движения тела. В данном контексте рассматривается изменение координаты положения тела в единицу времени. Таким образом, нестрогое определение скорости тела – это расстояние, которое преодолевает тело за единицу времени. Однако известно, что скорость тела измеряется не в метрах, например, и не в километрах, а, скорее, в метрах в секунду или километрах в час, несмотря на то, что определение гласит, что скорость – это расстояние. Дело в том, что чисто математически, для того чтобы найти расстояние, проходимое телом за единицу времени, необходимо разделить общее расстояние, пройденное телом, на время, за которое данное расстояние было преодолено. То есть метры делятся на секунды. Отсюда и получается такая единица измерения.

Однако вышеуказанное определение скорости, как уже говорилось, нестрогое. Дело в том, что в случае, если за разные промежутки времени тело проходит разные расстояния, деление общего расстояния на общее время даст только среднюю скорость. Моментальное же значение скорости подразумевает нахождение производной функции расстояния от времени. Таким образом, для понимания строгого определения скорости тела необходимо понимать математическое определение производной функции.

Скорость в математике

Понятие скорости в связано со скоростью спада какой-либо функции в данной точке. А скорость спада функции определяется ее производной. Если речь идет о скорости движения тела, то под рассматриваемой функцией подразумевается расстояние, пройденное телом.

Итак, производная функции – это предел отношения приращения функции к приращению аргумента, когда приращение аргумента стремится к нулю. Фактически, данное определение отличается от нестрогого определения скорости только наличием предела. Поэтому, чтобы найти точное значение скорости движения тела в данный момент времени, необходимо разделить промежуток расстояния на соответствующий ему промежуток времени, а после – устремить промежуток времени к нулю, тогда полученное значение отношения даст точное текущее значение скорости.

Другие понятия скорости в физике

На самом деле, как уже говорилось выше, скорость движения тела – это всего лишь частный случай в определении понятия скорости. Если заменить расстояние на любую другую физически обоснованную величину, то можно будет получить скорость изменения данной величины в единицу времени.

Как вы думаете, кто двигается быстрее агроном Васечкин, автомобиль Renault или самолет Боинг? Кто из них быстрее доберется от Москвы до Краснодара? Ответ очевиден Renault быстрее Васечкина, но медленнее Боинга.

То есть мы не только знаем, как двигаются разные объекты, но и можем сравнить их скорости. А что такое скорость в физике? Как найти скорость тела, и что такое единицы измерения скорости?

Скорость в физике: как найти скорость?

В 7 классе на уроках физики вводят понятие скорости. Без сомнения, все школьники к этому моменту уже знакомы с этим словом и представляют, что оно означает. А также знают, что скорость измеряется в км/ч. Но объяснить, что же такое скорость в физике, каковы единицы скорости, связно вряд ли смогут. Именно потому это простое, казалось бы, понятие требует пояснений и разбора.

В физике быстроту движения Васечкина, Renault и Боинга называют скоростью их движения. И скорость эта характеризует, какой путь преодолевает каждый из участников этого путешествия за единицу времени. И если в полете расстояние в 1350 километров между Москвой и Краснодаром мы преодолеем за два часа, на машине нам потребуется никак не меньше 15 часов, то пешком бесшабашный Васечкин сможет в бодром темпе как раз прошагать весь свой отпуск и прибыть на место лишь для того, чтобы поцеловать тещу, отведать блинов и сесть на самолет до Москвы, дабы успеть на работу в понедельник. Соответственно, за единицу времени за час самолет пролетит 670 километров, машина проедет 90 километров, а турист Васечкин отмахает аж целых пять километров дороги. И тогда говорят, что скорость самолета 670 километров в час, машины 90 км в час, а пешехода 5 км/ч. То есть, скорость определяется делением пройденного пути на единицу времени на час, на минуту или на секунду.

Единицы измерения скорости

На практике применяются такие единицы, как км/ч, м/с и некоторые другие. Обозначают скорость буквой v, расстояние буквой s, а время буквой t. Формула для нахождения скорости в физике выглядит так: v=(s)/(t).

А если нам надо пересчитать скорость не в километрах в час, а в метрах за секунду, то пересчет происходит следующим образом. Так как 1 км=1000 м, а 1 ч = 60 мин = 3600 с, то можно записать: 1 км/ч=(1000 м)/(3600 с). И тогда скорость самолета будет равна: 670 км/ч=670×(1000 м)/(3600 с)=186м/с

Кроме своего числового значения, скорость имеет еще и направление, поэтому на рисунках скорость обозначают стрелкой и называют векторной величиной.

Средняя скорость в физике

Отметим еще один момент. В нашем примере водитель машины вел машину со скоростью 90 км/ч. По шоссе он мог ехать равномерно с такой скоростью долгое время. А вот проезжая по пути разные города, он то останавливался на светофорах, то полз в пробках, то короткими урывками набирал хорошую скорость. Т.е. его скорость на разных участках пути была неравномерной. В таком случае вводят понятие средней скорости. Средняя скорость в физике обозначаетсяv_ср и считается также как и скорость при равномерном движении. Только берут общее расстояние пути и делят на общее время.

Скорость – это количественная характеристика движения тела.

Средняя скорость – это физическая величина, равная отношению вектора перемещения точки к промежутку времени Δt, за который произошло это перемещение. Направление вектора средней скорости совпадает с направлением вектора перемещения Средняя скорость определяется по формуле:

Мгновенная скорость , то есть скорость в данный момент времени – это физическая величина, равная пределу, к которому стремится средняя скорость при бесконечном уменьшении промежутка времени Δt:

Иными словами, мгновенная скорость в данный момент времени – это отношение очень малого перемещения к очень малому промежутку времени, за который это перемещение произошло.

Вектор мгновенной скорости направлен по касательной к траектории движения тела (рис. 1.6).

Рис. 1.6. Вектор мгновенной скорости.

В системе СИ скорость измеряется в метрах в секунду, то есть единицей скорости принято считать скорость такого равномерного прямолинейного движения, при котором за одну секунду тело проходит путь в один метр. Единица измерения скорости обозначается м/с . Часто скорость измеряют в других единицах. Например, при измерении скорости автомобиля, поезда и т.п. обычно используется единица измерения километр в час:

1 км/ч = 1000 м / 3600 с = 1 м / 3,6 с

1 м/с = 3600 км / 1000 ч = 3,6 км/ч

Сложение скоростей

Скорости движения тела в различных системах отсчёта связывает между собой классический закон сложения скоростей .

Скорость тела относительно неподвижной системы отсчёта равна сумме скоростей тела в подвижной системе отсчёта и самой подвижной системы отсчёта относительно неподвижной.

Например, пассажирский поезд движется по железной дороге со скоростью 60 км/ч. По вагону этого поезда идет человек со скоростью 5 км/ч. Если считать железную дорогу неподвижной и принять её за систему отсчёта, то скорость человека относительно системы отсчёта (то есть относительно железной дороги), будет равна сложению скоростей поезда и человека, то есть

60 + 5 = 65, если человек идёт в том же направлении, что и поезд

60 – 5 = 55, если человек и поезд движутся в разных направлениях

Однако это справедливо только в том случае, если человек и поезд движутся по одной линии. Если же человек будет двигаться под углом, то придётся учитывать этот угол, вспомнив о том, что скорость – это векторная величина .

А теперь рассмотрим описанный выше пример более подробно – с деталями и картинками.

Итак, в нашем случае железная дорога – это неподвижная система отсчёта . Поезд, который движется по этой дороге – это подвижная система отсчёта . Вагон, по которому идёт человек, является частью поезда.

Свяжем с неподвижной системой отсчёта (рис. 1.7) систему координат ХОY, а с подвижной системой отсчёта – систему координат X П О П Y П (см. также раздел Система отсчёта). А теперь попробуем найти скорость человека относительно неподвижной системы отсчёта, то есть относительно железной дороги.

Это закон сложения перемещений . В нашем примере перемещение человека относительно железной дороги равно сумме перемещений человека относительно вагона и вагона относительно железной дороги.

Рис. 1.7. Закон сложения перемещений.

Это закон сложения скоростей :

Скорость тела относительно неподвижной системы отсчёта равна сумме скоростей тела в подвижной системе отсчёта и скорости самой подвижной системы отсчёта относительно неподвижной.

Скорость является одной из основных характеристик . Она выражает саму суть движения, т.е. определяет то отличие, которое имеется между телом неподвижным и телом движущимся.

Единицей измерения скорости в системе СИ является м/с .

Важно помнить, что скорость – величина векторная. Направление вектора скорости определяется по движения. Вектор скорости всегда направлен по касательной к траектории в той точке, через которую проходит движущееся тело (рис.1).

К примеру, рассмотрим колесо движущегося автомобиля. Колесо вращается и все точки колеса движутся по окружностям. Брызги, разлетающиеся от колеса, будут лететь по касательным к этим окружностям, указывая направления векторов скоростей отдельных точек колеса.

Таким образом, скорость характеризует направление движения тела (направление вектора скорости) и быстроту его перемещения (модуль вектора скорости).

Отрицательная скорость

Может ли скорость тела быть отрицательной? Да, может. Если скорость тела отрицательна, это значит, что тело движется в направлении, противоположном направлению оси координат в выбранной системе отсчета. На рис.2 изображено движение автобуса и автомобиля. Скорость автомобиля отрицательна, а скорость автобуса положительна. Следует помнить, что говоря о знаке скорости, мы имеем ввиду проекцию вектора скорости на координатную ось.

Равномерное и неравномерно движение

В общем случае скорость зависит от времени. По характеру зависимости скорости от времени, движение бывает равномерное и неравномерно.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Равномерное движение – это движение с постоянной по модулю скоростью.

В случае неравномерного движения говорят о :

Примеры решения задач по теме «Скорость»

ПРИМЕР 1

Задание	Автомобиль прошел первую половину пути между двумя населенными пунктами со скоростью 90 км/ч, а вторую половину – со скоростью 54 км/ч. Определите среднюю скорость автомобиля.
Решение	Было бы неверным вычислять среднюю скорость автомобиля как среднее арифметическое двух указанных скоростей. Воспользуемся определением средней скорости: Так как предполагается прямолинейное равномерное движение, знаки векторов можно опустить. Время, потраченное автомобилем на прохождение всего отрезка пути: где — время, затраченное на прохождение первой половины пути, а — время, затраченное на прохождение второй половины пути. Суммарное перемещение равно расстоянию между населенными пунктами, т.е. . Подставив эти соотношения в формулу для средней скорости, получим: Переведем скорости на отдельных участках в систему СИ: Тогда средняя скорость автомобиля: (м/с)
Ответ	Средняя скорость автомобиля равна 18,8 м/с

ПРИМЕР 2

Задание	Автомобиль проехал 10 секунд со скоростью 10 м/с, а затем ехал еще 2 минуты со скоростью 25 м/с. Определить среднюю скорость автомобиля.
Решение	Сделаем рисунок.

Мы рассмотрели перемещение предмета на плоскости. Следует сказать, что любое перемещение происходит во времени. Можно сказать, что шар переместился из начальной точки А в конечную точку Б за какой-то промежуток времени:

Δt = t 1 - t 0 , где
t 1 - конечное время;
t 0 - начальное время;
Δt - промежуток времени

Если мы хотим узнать как быстро происходит перемещение шара, то фактически мы пытаемся измерить скорость шара.

Скорость в физике обозначают символом V :

V = S/t (Скорость = расстояние/время)

Выражаясь более точно, можно сказать:

Переменная V обозначает только величину скорости! Следует сказать, что скорость (как и перемещение) имеет определенное направление, т.е., скорость является векторной величиной !

1. Мгновенная скорость

Допустим, что мы едем на автомобиле по шоссе. В какой-то момент времени водитель бросает свой взгляд на спидометр и видит, что стрелка прибора показывает скорость 110 км/ч. Через некоторое время повторный взгляд водителя фиксирует величину 95 км/ч. А еще через время - 105 км/ч. Все эти показания спидометра (110; 95; 105) называют мгновенной скоростью автомобиля - скоростью в данный момент времени.

2. Равномерная скорость

Равномерное движение с постоянной скоростью - это простейший вид движения. На хороших машинах есть режим "круиз-контроль". В этом режиме автомобиль движется с равномерной скоростью, величину которой устанавливает водитель.

3. Неравномерное движение

Однако, в повседневной жизни движение происходит с разными скоростями - это, так называемое, "неравномерное движение". В простейшем случае изменение скорости можно выразить уже знакомой нам формулой:

ΔV = V 1 - V 0 , где
ΔV - изменение скорости;
V 0 - начальная скорость;
V 1 - конечная скорость

Средняя скорость

Скорый поезд Киев-Луганск отправляется из Киева в 18:40, а прибывает в Луганск на следующий день в 9:40. Т.о., время в пути составляет 15 часов. Расстояние между Киевом и Луганском 840 км. В этом случае, разделив расстояние на время, мы получим среднюю скорость:

V = 840/15 = 56 км/ч

Обратите внимание, что средняя скорость обозначается, с помощью штриха над символом V .