Скорость. Единицы скорости

Механическое движение имеет множество характеристик. Вы уже узнали, что оно относительно и бывает разных видов: прямолинейное и криволинейное, равномерное и неравномерное.

Тела движутся по воображаемым линиям, которые называются траекториями, а длина траектории – это путь, который проходит тело.

В этом уроке мы рассмотрим новую физическую величину, характеризующую движение – скорость.

Скорость при равномерном движении

Взгляните на рисунок 1. Если мы предположим, что бегуны, велосипедисты и автомобили двигаются равномерно, то чем будет отличаться их движение?

В таких случаях обычно мы говорим, что машина будет двигаться быстрее, чем велосипедист, а велосипедист – быстрее, чем бегун. Здесь в физике появляется такая величина, как скорость.

Скорость – это физическая величина, характеризующая быстроту движения тел.

В нашем случае люди пробегают 15 км за 1 час, велосипедисты проезжают 25 км за 1 час, а машина за то же время – 60 км, то есть движутся с различными скоростями.

Что показывает скорость при равномерном движении?

Скорость при равномерном движении тела показывает, какой путь проходит тело в единицу времени.

Скорость при равномерном движении постоянна.

{"questions":[{"content":"Как называется в физике величина, характеризующая быстроту движения тел?[[choice-14]]","widgets":{"choice-14":{"type":"choice","options":["Скорость","Путь","Траектория","Ускорение"],"answer":[0]}}}]}

Как вычислить скорость

По какой формуле определяют скорость тела, если известен его путь и время, за которое он пройден?

Чтобы определить скорость при равномерном движении, нужно путь, пройденный телом за выбранный промежуток времени, разделить на этот промежуток времени:
$Скорость = \frac{Путь}{Время}$
или
$\upsilon = \frac{S}{t}$.

Здесь $\upsilon$ — скорость, $S$ – путь, $t$ — время.

Дадим определение.

Cкорость тела при равномерном движении – это величина, равная отношению пути ко времени, за которое пройден этот путь.

Соответственно, если автомобиль проезжает в течение 10 с путь, равный 20 метрам (рисунок 2), то его скорость будет равна $\frac{20 \space м}{10 \space с} = 2 \frac{м}{с}$ (2 метра в секунду).

{"questions":[{"content":"Двигаясь равномерно, велосипедист проехал $60 \\space км$ за $2 \\space ч$. Чему равна его скорость?[[choice-18]]","widgets":{"choice-18":{"type":"choice","options":["$30 \\frac{км}{ч}$","$120 \\frac{км}{ч}$","$20 \\frac{км}{ч}$"],"answer":[0]}}}]}

Скорость при неравномерном движении

При неравномерном движении тело проходит разные пути за равные промежутки времени, т.е. скорость тела изменяется от одного участка пути к другому.

Как же определить скорость на всем пути? Здесь нам поможет понятие средней скорости.

Как определяют среднюю скорость при неравномерном движении?

Чтобы определить среднюю скорость тела при неравномерном движении, надо весь пройденный путь разделить на все время движения:
$\upsilon_{ср} = \frac{S}{t}$.

Отметим, что средняя скорость описывает движение тела за весь промежуток времени. В это время тело можно замедляться, разгоняться, останавливаться.

Например, если вы выезжаете на автомобиле из Москвы в Санкт-Петербург (рисунок 3), то весь путь займет у вас 10 ч. В это время машина будет то набирать скорость, то тормозить, сделает остановку. Общий путь, который вы при этом проедите, будет равен 600 км.

Средняя скорость движения автомобиля будет равна:
$\upsilon_{ср} = \frac{S}{t} = \frac{600 \space км}{10 \space ч} = 60 \frac{км}{ч}$.

Взгляните на таблицу 1, где приведены различные средние скорости.

{"questions":[{"content":"Если тело двигается неравномерно, то используют понятие[[choice-21]]","widgets":{"choice-21":{"type":"choice","options":["средней скорости","скорости","среднего пути","замедления"],"answer":[0]}}}]}

Единицы измерения скорости

Какова единица измерения скорости в СИ?

В Международной системе (СИ) скорость измеряется в метрах в секунду $\frac{м}{с}$.

За единицу скорости принимают скорость такого равномерного движения, при котором за 1 секунду тело проходит путь длиной 1 метр.

Следственно, скорость в системе СИ — количество метров, которое тело пройдёт за 1 секунду.

В повседневной жизни мы чаще видим, что скорость измеряют в километрах в час $\frac{км}{ч}$. Также можно использовать километры в секунду $\frac{км}{с}$ и сантиметры в секунду $\frac{см}{с}$.

Наиболее часто встречаемое ограничение скорости в городах – $ 60 \frac{км}{ч}$. Переведем это значение в $\frac{м}{с}$:

$60 \frac{км}{ч} = 60 \cdot \frac{1 \space км}{1 \space ч} = 60 \cdot \frac{1000 \space м}{3600 \space с} = \frac{60 \cdot 1000}{3600} \frac{м}{с} \approx 17 \frac{м}{с}$

Так мы увидели, что числовое значение скорости зависит от выбранной единицы измерения.

{"questions":[{"content":"В СИ скорость измеряется в [[choice-25]]","widgets":{"choice-25":{"type":"choice","options":["$\\frac{м}{с}$","$\\frac{м}{мин}$","$\\frac{км}{с}$","$\\frac{км}{ч}$"],"answer":[0]}}}]}

Скорость как вектор

Чем, кроме числового значения, характеризуется скорость тела?

Логично, что, кроме числового значения, скорость имеет и направление. Например, чтобы узнать, где будет находиться велосипедист через 1 час после того, как он выехал из дома, нам необходимо знать скорость движения и ее направление.

Физические величины делятся на те, которые имеют направление и те, которые его не имеют — на векторные и скалярные:

1. Векторные величины – это величины, которые, кроме числового значения (модуля), имеют еще и направление.

Скорость – это векторная физическая величина

Векторные величины обозначаются буквами со стрелочками. Скорость обозначается как $\vec{\upsilon}$, а модуль скорости — $\upsilon$.

На рисунке 4 стрелкой показано направление скорости (направление движение тела).

2. Скалярные величины – это физические величины, которые не имеют направления и характеризуются только числовым значением. Это путь, объем, время, длина, масса и др.

{"questions":[{"content":"Численное значение и направление имеют[[choice-29]]","widgets":{"choice-29":{"type":"choice","options":["векторные величины","скалярные величины","и векторные, и скалярные величины"],"explanations":["","Эти величины имеют только численное значение.",""],"answer":[0]}}}]}

Примеры задач на нахождение скорости

Дано:
$S = 152 \space км$
$t = 3 \space ч$

$\upsilon -?$

Показать решение и ответ

Скрыть

Обозначим первую часть пути как $s_1$, вторую как $s_2$. Время, соответствующее движению на этих участках, $t_1$ и $t_2$ (рисунок 5). Скорости — $\upsilon_1$ и $\upsilon_2$.

Дано:
$\upsilon_1 = 20 \frac{км}{ч}$
$t_1 = 15 \space мин$
$\upsilon_2 = 10 \frac{км}{ч}$
$t_2 = 45 \space мин$

$\upsilon_{ср} -?$

Показать решение и ответ

Скрыть

Упражнения

Показать решение

Скрыть

Показать решение

Скрыть

$\upsilon_{ср} — ?$

Показать решение и ответ

Скрыть

$\upsilon_{ср} — ?$

Показать решение и ответ

Скрыть

Дано:
$S_1 = 50 \space м$
$t_1 = 5 \space с$
$S_2 = 30 \space м$
$t_2 = 15 \space с$

$\upsilon_{ср} — ?$

Показать решение и ответ

Скрыть

Первый беспосадочный перелет Москва-Северный полюс-США совершили советские авиаторы 18-20 июня в 1937 году. Перелет был совершен на самолете АНТ-25. Состав: командир экипажа В. П. Чкалов, второй пилот Г. Ф. Байдуков и штурман А. В. Беляков.

$\upsilon — ?$

Показать решение и ответ

Скрыть