Що таке швидкість у фізиці?

Швидкість визначається як векторне вимірювання швидкості та напрямку руху. Простіше кажучи, швидкість – це швидкість, з якою щось рухається в одному напрямку. Швидкість автомобіля, що рухається на північ по головній автостраді, і швидкість ракети, що запускається в космос, можна виміряти за допомогою швидкості.

Як ви вже здогадалися, скалярна (абсолютна величина) величина вектора швидкості є швидкістю руху. З точки зору числення , швидкість є першою похідною від положення за часом. Ви можете розрахувати швидкість за допомогою простої формули, яка включає швидкість, відстань і час.

Формула швидкості

Найпоширеніший спосіб обчислення постійної швидкості об’єкта, що рухається прямолінійно, — це формула:

• r — швидкість або швидкість (іноді позначається як v для швидкості)
• d – пройдена відстань
• t – час, необхідний для завершення руху

Одиниці вимірювання швидкості

Одиниці швидкості в СІ (міжнародні) — м/с (метри за секунду), але швидкість також можна виразити в будь-яких одиницях відстані за час. Інші одиниці вимірювання включають милі на годину (mph), кілометри на годину (kph) і кілометри на секунду (км/с).

Швидкість, швидкість і прискорення

Швидкість, швидкість і прискорення пов’язані один з одним, хоча вони являють собою різні вимірювання. Будьте обережні, щоб не сплутати ці значення одне з одним.

• Швидкість , згідно з її технічним визначенням, є скалярною величиною, яка вказує швидкість руху на відстань за час. Його одиницями є довжина і час. Іншими словами, швидкість – це міра відстані, пройденої за певний проміжок часу. Швидкість часто описують просто як відстань, пройдену за одиницю часу. Це швидкість руху об’єкта.
• Швидкість — це векторна величина, яка вказує на переміщення, час і напрямок. На відміну від швидкості, швидкість вимірює переміщення, векторну величину, яка вказує різницю між кінцевим і початковим положеннями об’єкта. Швидкість вимірює відстань, скалярну величину, яка вимірює загальну довжину шляху об’єкта.
• Прискорення визначається як векторна величина, яка вказує швидкість зміни швидкості. Він має розміри довжини та часу в часі. Прискорення часто називають «прискоренням», але насправді воно вимірює зміни швидкості. Прискорення можна відчувати щодня в автомобілі. Ви натискаєте на педаль газу, і автомобіль прискорюється, збільшуючи швидкість.

Чому швидкість має значення

Швидкість вимірює рух, що починається в одному місці та прямує до іншого місця. Практичні застосування швидкості нескінченні, але одна з найпоширеніших причин вимірювання швидкості полягає в тому, щоб визначити, як швидко ви (або будь-що, що рухається) прибудете до пункту призначення з певного місця.

Швидкість дає змогу створювати розклади для подорожей, поширеного типу завдань з фізики, які призначають студентам. Наприклад, якщо потяг відправляється зі станції Penn Station у Нью-Йорку о 14:00 і ви знаєте швидкість, з якою він рухається на північ, ви можете передбачити, коли він прибуде на станцію South Station у Бостоні.

Проблема швидкості вибірки

Щоб зрозуміти швидкість, погляньте на зразок задачі: студент-фізик кидає яйце з надзвичайно високої будівлі. Яка швидкість яйця через 2,60 секунди?

Найскладніше у розв’язанні швидкості у такій фізичній задачі, як ця, — вибрати правильне рівняння та підключити правильні змінні. У цьому випадку для вирішення проблеми слід використовувати два рівняння: одне для визначення висоти будівлі або відстані, яку проходить яйце, а друге для визначення кінцевої швидкості.

Почніть із наступного рівняння для відстані, щоб дізнатися, якої висоти була будівля:

де d – відстань, v _I – початкова швидкість, t – час, а a – прискорення (що представляє силу тяжіння, у цьому випадку –9,8 м/с/с). Підключіть свої змінні, і ви отримаєте:

Далі ви можете підключити це значення відстані, щоб визначити швидкість за допомогою кінцевого рівняння швидкості:

де v _f — кінцева швидкість, v _i — початкова швидкість, a — прискорення, t — час. Вам потрібно визначити кінцеву швидкість, оскільки об’єкт прискорився на шляху вниз. Оскільки яйце було упущено, а не кинуто, початкова швидкість була 0 (м/с).

Отже, швидкість яйця через 2,60 секунди становить -25,5 метрів на секунду. Швидкість зазвичай повідомляється як абсолютне значення (тільки позитивне), але пам’ятайте, що це векторна величина, яка має напрямок і величину. Зазвичай рух вгору позначається позитивним знаком, а вниз — негативним, просто зверніть увагу на прискорення об’єкта (негативне значення = уповільнення, позитивне значення = прискорення).

Позначення одиниці вимірювання напруги електричного струму у фізиці

На початку XIX століття в процесі досліджень і експериментів була відкрита величина, за допомогою якої вчені позначили розмірність різниці потенціалів в електроланцюзі.

Для опису потужності роботи електричного поля, необхідної для переміщення заряду в провіднику, у фізиці ввели спеціальне позначення, назвавши його напругою. Одиниця виміру цієї величини – вольт.

Опис на прикладі

Процес протікання струму в електричному ланцюзі нескладно описати на прикладі течії води в річці або водопроводі. Кількість рідини, що пройшла через певну ділянку, можна порівняти з розміром електричного струму в провіднику, а різниця рівнів води, що утворилася під впливом течії, — з явищем електричної напруги у фізиці.

При однаковій силі струму потужність в різних ділянках ланцюга може відрізнятися. Це відбувається в результаті різниці потенціалів на електричних приладах. Одиниця виміру напруги у фізиці – Вольт. Позначається вона за допомогою латинської літери U.

Історія створення

Одиниця, за допомогою якої вимірюється напруга, була названа на честь відомого італійського фізіолога І вченого Алессандро Вольти. У 1800 році фізик в результаті експериментів створив електричну батарею, яка отримала назву «вольтів стовп».

Алессандро Вольта помістив в ємність з кислотою дві пластини, які з’єднав дротом. Одна пластина була зроблена з цинку, інша – з міді. В результаті електролізу по дроту почало протікати електрику. Так було винайдено перше Гальванічне пристрій, яке стали називати елементом Вольта. Цей прилад створював напругу, чутливе для людини.

Визначення напруги

При вивченні теми важливо розібратися, в чому вимірюється напруга електричного струму. У фізиці напругою називається величина, яка визначається як значення фізичної сили, яку потрібно затратити електричному полю, щоб перемістити заряд величиною в 1 кулон з одного положення в інше.

Позначається напруга буквою латинського алфавіту U. одиниця його виміру – вольт (в). У побутових приладах різниця потенціалів дорівнює 220 В.це означає, що на відрізку ланцюга для переміщення заряду розміром в один кулон відбувається робота, рівна 220 джоулям.

Розрахункова формула

Напруга-число, яке тотожне відношенню потужності, необхідної для переміщення заряду, до величини сили струму. Формула для розрахунку різниці потенціалів записується

• U – напруга в провіднику;
• А – робота електричного поля в ланцюзі;
• q – заряд, який переміщається в провіднику під впливом електричного поля.

Одиниці вимірювання напруги

Для визначення дії електричного струму в ланцюзі використовується формула

У формулі для визначення струму використовується величина електричного заряду q, що дозволяє застосовувати ці вирази для вирішення електротехнічних завдань.

Одиниці Вольта

Для вимірювання різниці потенціалів крім вольта використовуються Дольні і кратні йому величини. У фізиці застосовуються наступні одиниці виміру:

Варто навести приклади розміру напруги, що зустрічаються в практичній роботі. Використовуються такі величини різниці потенціалів:

• на полюсах елемента Вольта-1,1 В;
• сухого елемента – 1,5 В;
• одного елемента лужного акумулятора – 1,25 В;
• кислотного акумулятора-2 В;
• в електричному ланцюзі для освітлення приміщення – 127 В і 220 В.

У лініях електропередач величина різниці потенціалів може досягати 500000 В і вище.

Техніка безпеки

Висока напруга становить небезпеку для життя. При роботі в сирому місці безпечним є показник 12 в. будь-які дії в сухому приміщенні не становлять небезпеки для життя при 36 В.

Різниця потенціалів при грозі між хмарами становить 100 000 000 В, тому під час дощу небезпечно для життя ховатися під деревами, оскільки в них може вдарити блискавка. Не можна перебувати в такій ситуації у водоймі, купатися в річці, тому що вода добре проводить електричний струм.

Велику небезпеку становить обрив проводу в високовольтної лінії передачі, що знаходиться під напругою. Якщо провід з’єднається з землею при різниці потенціалів близько 100000 В і при силі струму, що дорівнює 1 ампер, вийде потужність 100000 Вт. Це відповідає потужності, яку розвиває вантаж вагою 1000 кг в результаті падіння з десятиметрової висоти.

Використання вольтметра

Для вимірювання напруги на ділянці ланцюга, по якій протікає струм, застосовується вольтметр. В основі роботи приладу закладений принцип електромагнітного впливу струму. На шкалі вольтметра ставиться латинська буква V.

На схемах прилад зображується гуртком з буквою V всередині. Затискачі вольтметра підписуються знаками плюс і мінус. Клеми приладу обов’язково потрібно підключати до відповідних полюсів джерела.

Прилад підключається до ланцюга для вимірювання паралельно, а амперметр включається для визначення струму послідовно.

Вольтметри відрізняються позначенням розмірності шкали. Прилади для вимірювання різниці потенціалів діляться на вольтметри постійного струму і змінного.

Величина напруги, що використовується в промисловій мережі:

Джерела електрики на основі гальванічних елементів виробляють постійний струм. Величина напруги в побутовій мережі становить 127 і 220 В.промисловість використовує змінний струм. Для дослідів в навчальних закладах зазвичай застосовуються джерела постійного струму.