Velocidade Calculadora

Velocidade é a taxa de mudança da posição de um objeto em relação ao tempo, medida como o deslocamento dividido pelo tempo, tanto com magnitude quanto com direção. A velocidade é uma grandeza vetorial na mecânica clássica, enquanto a velocidade é uma grandeza escalar que registra apenas a magnitude.

A velocidade descreve 3 características de movimento:

• Magnitude. O valor numérico da velocidade expresso em metros por segundo (m/s), quilômetros por hora (km/h), milhas por hora (mph) ou pés por segundo (ft/s).
• Direção. O componente vetorial que distingue velocidade de velocidade e permite sinais positivos ou negativos em movimento unidimensional.
• Quadro de referência. O sistema de coordenadas usado para adição de deslocamento, tempo e velocidade relativística em contextos de alta energia ou astrofísica.

A definição de velocidade se estende a formas especializadas: velocidade angular para movimento rotacional, velocidade linear para movimento em linha reta, velocidade instantânea em um único ponto no tempo, velocidade média ao longo de um intervalo, velocidade terminal para objetos em queda livre, velocidade de escape para deixar a atração gravitacional de um corpo celeste e velocidade relativística próxima à velocidade da luz, onde E = mc2 de Albert Einstein se aplica.

A fórmula da velocidade é v = d / t, onde v é a velocidade, d é o deslocamento e t é o tempo. Esta equação de velocidade produz a velocidade média em um caminho de movimento de direção constante.

4 equações de velocidade cobrem os problemas de movimento mais comuns:

1. Equação básica de velocidade: v = d / t. Use isto quando um objeto percorre a distância d no tempo t em velocidade constante em uma direção constante.
2. Velocidade com aceleração: v = u + a · t. Aplique isso quando a velocidade inicial u, a aceleração a e o tempo t forem conhecidos, comuns na mecânica clássica e no movimento de projéteis.
3. Fórmula de velocidade média: v̄ = (v1 t1 + v2 t2 + ...) / (t1 + t2 + ...). Esta formulação de média ponderada lida com viagens com vários segmentos de velocidade constante.
4. Velocidade da altura: v = √(2 g h). Aplique isso para um objeto em queda livre largado da altura h sob a atração gravitacional g.

Cada equação de velocidade se reduz à relação básica quando o movimento é uniforme. As unidades imperiais britânicas pés por segundo (ft/s) e milhas por hora (mph) seguem as mesmas equações que o sistema SI metros por segundo (m/s) e quilômetros por hora (km/h).

Para calcular a velocidade, divida o deslocamento pelo tempo necessário para percorrer esse deslocamento.

3 etapas cobrem o processo de cálculo de velocidade:

1. Meça o deslocamento. Registre a distância em linha reta e a direção do ponto inicial ao ponto final. Use metros para o sistema SI ou pés para unidades imperiais britânicas.
2. Registre o tempo decorrido. Anote o intervalo de tempo em segundos, minutos ou horas e converta para uma única unidade antes de dividir.
3. Aplique a equação da velocidade. Divida o deslocamento pelo tempo. Converta o resultado para a unidade de saída desejada, como quilômetros por hora (km/h) ou milhas por hora (mph), multiplicando pelo fator relevante.

Para um objeto viajando 500 metros em 3 minutos, converta 3 minutos em 180 segundos e divida: 500/180 = 2,78 m/s. Para expressar o resultado em km/h, multiplique por 3.6: 2,78 x 3.6 = 10,0 km/h.

Para calcular a velocidade usando distância e tempo, aplique v = d / t, substituindo os valores conhecidos de deslocamento e tempo.

Por exemplo, um carro percorre 70 milhas em 1 hora. A velocidade média é igual a 70 mph. O mesmo problema expresso nas unidades do sistema SI torna-se 112,65 km/h ou 31,29 m/s após a conversão da unidade padrão.

Três considerações afetam o cálculo da distância e do tempo:

• Velocidade e direção constantes. A equação de velocidade v = d / t assume um caminho de movimento uniforme. Para velocidades variadas entre segmentos, mude para a fórmula de velocidade média.
• Deslocamento vs distância. A velocidade usa deslocamento (um vetor). A velocidade usa a distância (um escalar). Dois caminhos com o mesmo comprimento podem produzir velocidades diferentes se suas direções forem diferentes.
• Consistência da unidade. A distância em metros e o tempo em segundos produzem a velocidade em m/s. A distância em quilômetros e o tempo em horas produzem a velocidade em km/h.

Para calcular a velocidade com aceleração e tempo, aplique v = u + a · t, onde u é a velocidade inicial, a é a aceleração e t é o tempo.

Para um carro de corrida partindo do repouso com uma aceleração de 6,95 m/s2 durante 4 segundos, a mudança de velocidade é igual a 6,95 x 4 = 27,8 m/s. A velocidade final é igual a 27,8 m/s, que se converte em cerca de 100 km/h após multiplicar por 3.6.

4 etapas descrevem o cálculo da velocidade de aceleração e tempo:

1. Identifique a velocidade inicial (u). Registre a velocidade em t = 0, que é 0 m/s para um objeto partindo do repouso.
2. Determine a aceleração (a). Use m/s2 para o sistema SI. A gravidade padrão é igual a 9.81 m/s2 perto da superfície da Terra.
3. Multiplique a aceleração pelo tempo. O produto a · t é igual à mudança de velocidade.
4. Adicione velocidade inicial. Velocidade final v é igual a você mais a mudança de velocidade da etapa 3.

A velocidade é uma grandeza vetorial que inclui magnitude e direção, enquanto a velocidade é uma grandeza escalar que registra apenas a magnitude. Um carro viajando 60 mph para o norte tem uma velocidade diferente de outro que viaja 60 mph para o sul, embora ambos compartilhem a mesma velocidade.

4 diferenças distinguem velocidade de velocidade:

• Vetor versus escalar. A velocidade é um vetor. A velocidade é um escalar.
• Assine. A velocidade pode ser negativa quando o movimento se opõe à direção positiva. A velocidade é sempre não negativa.
• Base de cálculo. A velocidade usa deslocamento. A velocidade usa a distância total percorrida ao longo do caminho.
• Viagens de ida e volta. Uma viagem de ida e volta produz velocidade média zero porque o deslocamento é zero. A velocidade média permanece positiva porque a distância total é positiva.

Velocidade, velocidade, aceleração e deslocamento formam o vocabulário cinemático central usado para descrever movimento em física, engenharia e análise de coeficiente balístico.

A velocidade está ligada à massa, força e energia através da segunda lei de Newton (F = m a) e da equação da energia cinética (KE = 1/2 m v2). A massa amplifica a energia cinética armazenada em um corpo em movimento.

Três equações conectam velocidade a massa, força e energia:

• Energia cinética: KE = 1/2m v2. Um carro de 1.000 kg a 20 m/s transporta 200.000 J de energia cinética.
• Momento: p=mv. Um objeto de 5 kg a 10 m/s tem um momento de 50 kg·m/s.
• Força da mudança de velocidade: F = mΔv / Δt. Uma mudança na velocidade por unidade de tempo, multiplicada pela massa, é igual à força resultante que atua sobre o objeto.

O E = mc2 de Albert Einstein estende a relação energia-velocidade à velocidade relativística, onde a energia cinética se aproxima do infinito à medida que a velocidade se aproxima da velocidade da luz. A energia cinética rotacional usa a velocidade angular e o momento de inércia da massa no lugar de quantidades lineares.

A fórmula da velocidade média é v̄ = (v1t1 + v2t2 + ...) / (t1 + t2 + ...), a média ponderada no tempo entre os segmentos da viagem.

Por exemplo, um motorista se move a 25 mph por 1 hora na cidade, depois a 70 mph por 3 horas na rodovia. A velocidade média é igual a (25 x 1 + 70 x 3) / (1 + 3) = 58,75 mph, que é arredondado para 59 mph.

4 unidades de velocidade aparecem nas unidades imperiais britânicas e no sistema SI:

• Meters per second (m/s). A unidade base do SI para velocidade linear.
• Kilometers per hour (km/h). Comum no tráfego rodoviário e em boletins meteorológicos fora dos Estados Unidos.
• Milhas por hora (mph). Unidade imperial britânica padrão para limites de velocidade e relatórios de veículos terrestres nos Estados Unidos.
• Feet per second (ft/s). Usado em análise de coeficiente balístico, usinagem de alta velocidade e trabalho com projéteis de curta distância.

A cinemática descreve o movimento usando 4 equações que ligam deslocamento, velocidade inicial, velocidade final, aceleração e tempo, sem considerar as forças que causam o movimento.

4 equações cinemáticas cobrem o movimento de aceleração constante:

1. v = u + a t. Velocidade final a partir da velocidade inicial, aceleração e tempo.
2. s = u t + 1/2 a t2. Deslocamento da velocidade inicial, aceleração e tempo.
3. v2 = u2 + 2 a s. Velocidade final ao quadrado da velocidade inicial, aceleração e deslocamento.
4. s = 1/2 (u + v) t. Deslocamento da média das velocidades inicial e final, multiplicado pelo tempo.

A cinemática também cobre aceleração angular e velocidade angular para movimento rotacional. O mesmo padrão de 4 equações se aplica, com quantidades lineares substituídas por suas contrapartes angulares.

A velocidade é uma grandeza vetorial, definida tanto pela magnitude quanto pela direção no espaço. Uma representação vetorial usa 2 ou 3 componentes, um por eixo de coordenadas.

Três propriedades descrevem a velocidade como um vetor:

• Magnitude. O comprimento do vetor velocidade, expresso em m/s, km/h, mph ou ft/s. A magnitude é igual à velocidade escalar do objeto.
• Direção. A orientação do vetor velocidade no referencial escolhido, frequentemente descrito com ângulos de direção na navegação ou vetores unitários na física.
• Componentes. Um vetor de velocidade bidimensional se decompõe em componentes vx e vi. Um vetor tridimensional adiciona v₝.

A aritmética vetorial oferece suporte à adição de velocidade relativística para movimentos de alta velocidade, cálculos de efeito Coriolis em referenciais não inerciais e composição de velocidade durante análise de fluxo turbulento.

A velocidade da altura aplica a equação v = √(2 g h), onde g é a aceleração gravitacional (9.81 m/s2 perto da superfície da Terra) e h é a altura da queda. Esta fórmula assume um objeto em queda livre sem resistência do ar.

Três tipos de velocidade estão relacionados à altura e à gravidade:

• Velocidade de queda livre. Um objeto largado da altura h atinge v = √(2 g h) no impacto, ignorando o arrasto.
• Velocidade terminal. A velocidade máxima alcançada durante a queda livre através de um fluido (ar, água). A velocidade terminal depende da densidade do fluido, coeficiente de arrasto, massa e área da seção transversal. O ser humano médio atinge 99% da velocidade terminal em cerca de 15 segundos enquanto está de bruços no chão.
• Velocidade de escape. A velocidade mínima necessária para superar a atração gravitacional de um corpo celeste. A velocidade de escape da Terra é igual a aproximadamente 11.2 km/s (25,020 mph). A velocidade de escape é fundamental para a astrofísica e as viagens espaciais.

O gráfico velocidade-tempo representa a velocidade no eixo y e o tempo no eixo x, onde a inclinação é igual à aceleração e a área sob a curva é igual ao deslocamento.

4 padrões gráficos revelam características de movimento:

• Linha horizontal. Velocidade constante, aceleração zero.
• Reta com inclinação positiva. Aceleração positiva constante, a velocidade cresce linearmente com o tempo.
• Reta com inclinação negativa. Desaceleração constante, a velocidade cai linearmente até atingir zero ou inverter a direção.
• Linha curva. Aceleração variável, comum em fluxo turbulento, usinagem em alta velocidade ou lançamento de foguetes com diminuição da massa de combustível.

A inclinação em qualquer ponto do gráfico velocidade-tempo é igual à aceleração instantânea. Passe o mouse sobre o gráfico para ler a velocidade, o tempo e a inclinação naquele local.