سرعت: مفهوم، اندازه‌گیری و انواع آن
سرعت، به مسافتی گفته می‌شود که یک جسم در واحد زمان طی می‌کند. به زبان ساده، سرعت نشان می‌دهد یک جسم با چه سرعتی در حال حرکت است. سرعت، یک کمیت نرده‌ای (Scalar) است و تنها مقدار دارد و جهت ندارد. به عبارت دیگر، سرعت، اندازه بردار سرعت است.
هرچه سرعت بیشتر باشد، جسم سریع‌تر حرکت می‌کند و هرچه سرعت کمتر باشد، جسم کندتر حرکت می‌کند. اگر جسم اصلا حرکت نکند، سرعتش صفر است.
محاسبه سرعت: فرمول اصلی
رایج‌ترین روش برای محاسبه سرعت ثابت یک جسم که در یک خط مستقیم حرکت می‌کند، استفاده از فرمول زیر است:
r = d / t
در این فرمول:
- r: نرخ یا سرعت است (گاهی اوقات با v، نماد سرعت نشان داده می‌شود)
- d: مسافت طی شده است
- t: زمانی است که برای تکمیل حرکت صرف شده است
این معادله، سرعت متوسط جسم را در یک بازه زمانی به ما می‌دهد. ممکن است جسم در نقاط مختلف در طول بازه زمانی سریع‌تر یا کندتر حرکت کرده باشد، اما در اینجا سرعت متوسط آن را می‌بینیم.
سرعت لحظه‌ای
سرعت لحظه‌ای، حد سرعت متوسط است، زمانی که بازه زمانی به صفر نزدیک می‌شود. وقتی به سرعت‌سنج ماشین نگاه می‌کنید، سرعت لحظه‌ای را می‌بینید. در حالی که ممکن است برای لحظه‌ای با سرعت 60 مایل در ساعت حرکت کرده باشید، میانگین سرعت شما برای ده دقیقه می‌تواند بسیار بیشتر یا کمتر باشد.
یکاهای اندازه‌گیری سرعت
برای اندازه‌گیری سرعت، یکاهای مختلفی وجود دارد. یکای استاندارد در سیستم SI، متر بر ثانیه (m/s) است. با این حال، در زندگی روزمره، معمولاً از کیلومتر بر ساعت (km/h) یا مایل بر ساعت (mph) برای بیان سرعت استفاده می‌شود. در دریانوردی، سرعت معمولاً با گره (knot) یا مایل دریایی در ساعت بیان می‌شود.
تبدیل واحدهای سرعت
برای سهولت درک و مقایسه سرعت‌ها، دانستن نحوه تبدیل واحدهای مختلف سرعت به یکدیگر مفید است. جدول زیر ضرایب تبدیل متر بر ثانیه (m/s) به سایر یکاهای رایج سرعت را نشان می‌دهد:
به عنوان مثال، 1 متر بر ثانیه برابر است با 3.6 کیلومتر بر ساعت. با استفاده از این جدول می توانید به راحتی سرعت را از یک واحد به واحد دیگر تبدیل کنید.
تفاوت سرعت و سرعت برداری (Velocity)
سرعت و سرعت برداری (Velocity) دو مفهوم مرتبط اما متفاوت در فیزیک هستند. مهم‌ترین تفاوت این است که سرعت یک کمیت نرده‌ای است، یعنی فقط مقدار دارد و به جهت حرکت توجهی نمی‌کند. در حالی که سرعت برداری، یک کمیت برداری است و هم مقدار و هم جهت حرکت را در نظر می‌گیرد.
برای درک بهتر، تصور کنید که شما در اتاق راه می‌روید و دوباره به نقطه شروع خود بازمی‌گردید. در این حالت، شما یک سرعت مشخص داشته‌اید (مسافت طی شده تقسیم بر زمان). اما سرعت برداری شما صفر خواهد بود، زیرا موقعیت مکانی شما در ابتدا و انتهای حرکت تغییر نکرده است. به عبارت دیگر، جابه‌جایی خالص شما صفر بوده است.
اگر دو قدم به جلو بردارید و یک قدم به عقب، سرعت شما تحت تاثیر قرار نمی‌گیرد. با این حال، سرعت برداری شما تغییر خواهد کرد زیرا شما یک جابه‌جایی خالص به جلو داشته‌اید.
به طور خلاصه، سرعت به ما می‌گوید یک جسم با چه "سرعتی" در حال حرکت است، در حالی که سرعت برداری به ما می‌گوید یک جسم با چه "سرعتی" و در چه "جهتی" در حال حرکت است.
سرعت دورانی و سرعت مماسی
سرعت دورانی، که به آن سرعت زاویه‌ای نیز گفته می‌شود، تعداد دورهایی است که یک جسم در واحد زمان حول یک محور طی می‌کند. یکای رایج برای سرعت دورانی، دور بر دقیقه (rpm) است.
سرعت مماسی، سرعت خطی یک جسم بر روی یک مسیر دایره‌ای است و به فاصله جسم از محور دوران بستگی دارد. هرچه فاصله از محور بیشتر باشد، سرعت مماسی نیز بیشتر خواهد بود.
به عنوان مثال، در یک صفحه گرامافون در حال چرخش، نقطه‌ای که در لبه صفحه قرار دارد، در هر ثانیه مسافت بیشتری را نسبت به نقطه‌ای که نزدیک‌تر به مرکز است، طی می‌کند. در مرکز صفحه، سرعت مماسی صفر است.
سرعت مماسی با حاصل ضرب فاصله شعاعی از محور دوران در سرعت دورانی متناسب است:
سرعت مماسی = فاصله شعاعی × سرعت دورانی
- فیزیک
- علم
