Viteza Calculator

Viteza este rata de schimbare a poziției unui obiect în raport cu timpul, măsurată ca deplasare împărțită la timp, atât cu magnitudinea, cât și cu direcția. Viteza este o mărime vectorială în mecanica clasică, în timp ce viteza este o mărime scalară care înregistrează doar magnitudinea.

Viteza descrie 3 caracteristici de mișcare:

• Magnitudinea. Valoarea numerică a vitezei exprimată în metri pe secundă (m/s), kilometri pe oră (km/h), mile pe oră (mph) sau picioare pe secundă (ft/s).
• Direcția. Componenta vectorială care distinge viteza de viteză și permite semne pozitive sau negative în mișcare unidimensională.
• Cadru de referință. Sistemul de coordonate utilizat pentru adăugarea deplasării, timpului și vitezei relativiste în contexte de înaltă energie sau astrofizice.

Definiția vitezei se extinde la forme specializate: viteza unghiulară pentru mișcarea de rotație, viteza liniară pentru mișcarea în linie dreaptă, viteza instantanee într-un singur punct în timp, viteza medie pe un interval, viteza terminală pentru obiecte în cădere liberă, viteza de evacuare pentru a părăsi atracția gravitațională a unui corp ceresc și viteza relativistă aproape de viteza luminii, unde Albert E.

Formula vitezei este v = d / t, unde v este viteza, d este deplasarea și t este timpul. Această ecuație a vitezei produce viteza medie pe o cale de mișcare cu direcție constantă.

4 ecuații de viteză acoperă cele mai comune probleme de mișcare:

1. Ecuația de bază a vitezei: v = d / t. Folosiți acest lucru atunci când un obiect parcurge distanța d în timpul t cu viteză constantă într-o direcție constantă.
2. Viteza cu acceleratie: v = u + a · t. Aplicați acest lucru atunci când viteza inițială u, accelerația a și timpul t sunt knproprii, comune în mecanica clasică și mișcarea proiectilului.
3. Formula vitezei medii: v̄ = (v1 t1 + v2 t2 + ...) / (t1 + t2 + ...). Această formulă cu medie ponderată se ocupă de călătorii cu mai multe segmente cu viteză constantă.
4. Viteza de la inaltime: v = √(2 g h). Aplicați acest lucru pentru un obiect în cădere liberă căzut de la înălțimea h sub tracțiune gravitațională g.

Fiecare ecuație a vitezei se reduce la relația de bază atunci când mișcarea este uniformă. Unitățile imperiale britanice picioare pe secundă (ft/s) și mile pe oră (mph) urmează aceleași ecuații ca și sistemul SI metri pe secundă (m/s) și kilometri pe oră (km/h).

Pentru a calcula viteza, împărțiți deplasarea la timpul necesar pentru a parcurge această deplasare.

3 pași acoperă procesul de calcul al vitezei:

1. Măsurați deplasarea. Înregistrați distanța și direcția în linie dreaptă de la punctul de început până la punctul de sfârșit. Utilizați contoare pentru sistemul SI sau picioare pentru unitățile imperiale britanice.
2. Înregistrați timpul scurs. Notați intervalul de timp în secunde, minute sau ore, apoi convertiți într-o singură unitate înainte de a împărți.
3. Aplicați ecuația vitezei. Împărțiți deplasarea în timp. Convertiți rezultatul în unitatea de ieșire dorită, cum ar fi kilometri pe oră (km/h) sau mile pe oră (mph), înmulțind cu factorul relevant.

Pentru un obiect care parcurge 500 de metri în 3 minute, convertiți 3 minute în 180 de secunde, apoi împărțiți: 500 / 180 = 2,78 m/s. Pentru a exprima rezultatul în km/h, înmulțiți cu 3,6: 2,78 x 3,6 = 10,0 km/h.

Pentru a calcula viteza folosind distanța și timpul, aplicați v = d / t, înlocuind knpropii valori de deplasare și timp.

De exemplu, o mașină parcurge 70 de mile într-o oră. Viteza medie este egală cu 70 mph. Aceeași problemă exprimată în unități de sistem SI devine 112,65 km/h sau 31,29 m/s după conversia unității standard.

3 considerații afectează calculul distanței și timpului:

• Viteză și direcție constantă. Ecuația vitezei v = d / t presupune o mișcare uniformă. Pentru viteze diferite pe segmente, comutați la formula vitezei medii.
• Deplasare vs distanță. Viteza folosește deplasarea (un vector). Viteza folosește distanța (un scalar). Două căi cu aceeași lungime pot produce viteze diferite dacă direcțiile lor diferă.
• Consistența unității. Distanța în metri și timpul în secunde determină viteza în m/s. Distanța în kilometri și timpul în ore determină viteza în km/h.

Pentru a calcula viteza cu accelerație și timp, se aplică v = u + a · t, unde u este viteza inițială, a este accelerația și t este timpul.

Pentru o mașină de curse care pornește din repaus cu o accelerație de 6,95 m/s2 în 4 secunde, modificarea vitezei este egală cu 6,95 x 4 = 27,8 m/s. Viteza finală este egală cu 27,8 m/s, care se transformă în aproximativ 100 km/h după înmulțirea cu 3,6.

4 pași descriu calculul vitezei de accelerație și timp:

1. Identificați viteza inițială (u). Înregistrați viteza la t = 0, care este 0 m/s pentru un obiect care începe din repaus.
2. Determinați accelerația (a). Utilizați m/s2 pentru sistemul SI. Gravitația standard este egală cu 9,81 m/s2 lângă suprafața Pământului.
3. Înmulțiți accelerația cu timpul. Produsul a · t este egal cu modificarea vitezei.
4. Adăugați viteza inițială. Viteza finală v este egală cu u plus modificarea vitezei de la pasul 3.

Viteza este o mărime vectorială care include mărimea și direcția, în timp ce viteza este o mărime scalară care înregistrează doar magnitudinea. O mașină care se deplasează cu 60 mph spre nord are o viteză diferită de cea care se deplasează cu 60 mph spre sud, deși ambele au aceeași viteză.

4 diferențe disting viteza de viteză:

• Vector vs scalar. Viteza este un vector. Viteza este un scalar.
• Semnează. Viteza poate fi negativă atunci când mișcarea se opune direcției pozitive. Viteza este întotdeauna nenegativă.
• Baza de calcul. Viteza folosește deplasarea. Viteza folosește distanța totală parcursă de-a lungul traseului.
• Călătorii dus-întors. O călătorie dus-întors produce o viteză medie zero, deoarece deplasarea este zero. Viteza medie rămâne pozitivă deoarece distanța totală este pozitivă.

Viteza, viteza, accelerația și deplasarea formează vocabularul cinematic de bază folosit pentru a descrie mișcarea în fizică, inginerie și analiza coeficienților balistici.

Viteza se leagă de masă, forță și energie prin a doua lege a lui Newton (F = m a) și ecuația energiei cinetice (KE = 1/2 m v2). Masa amplifică energia cinetică stocată într-un corp în mișcare.

3 ecuații leagă viteza de masă, forță și energie:

• Energia cinetica: KE = 1/2 m v2. O mașină de 1000 kg la 20 m/s transportă 200.000 J de energie cinetică.
• Momentum: p = m v. Un obiect de 5 kg la 10 m/s are un impuls de 50 kg·m/s.
• Forța din schimbarea vitezei: F = m Δv / Δt. O modificare a vitezei pe unitatea de timp, înmulțită cu masă, este egală cu forța netă care acționează asupra obiectului.

E=mc2 al lui Albert Einstein extinde relația energie-viteză la viteza relativistă, unde energia cinetică se apropie de infinit pe măsură ce viteza se apropie de viteza luminii. Energia cinetică de rotație folosește viteza unghiulară și momentul de inerție al masei în locul mărimilor liniare.

Formula vitezei medii este v̄ = (v1t1 + v2t2 + ...) / (t1 + t2 + ...), media ponderată în timp pe segmentele de călătorie.

De exemplu, un șofer se deplasează la 25 mph timp de 1 oră în oraș, apoi la 70 mph timp de 3 ore pe autostradă. Viteza medie este egală cu (25 x 1 + 70 x 3) / (1 + 3) = 58,75 mph, care se rotunjește la 59 mph.

4 unități de viteză apar în unitățile imperiale britanice și în sistemul SI:

• Metri pe secundă (m/s). Unitatea de bază SI pentru viteza liniară.
• Kilometri pe oră (km/h). Frecvent în traficul rutier și în rapoartele meteo din afara Statelor Unite.
• Mile pe oră (mph). Unitate imperială britanică standard pentru limitele de viteză și raportarea vehiculelor terestre în Statele Unite.
• Picioare pe secundă (ft/s). Folosit în analiza coeficienților balistici, prelucrarea de mare viteză și lucrul cu proiectile pe distanțe scurte.

Cinematica descrie mișcarea folosind 4 ecuații care leagă deplasarea, viteza inițială, viteza finală, accelerația și timpul, fără a lua în considerare forțele care provoacă mișcarea.

4 ecuații cinematice acoperă mișcarea cu accelerație constantă:

1. v = u + a t. Viteza finală de la viteza inițială, accelerație și timp.
2. s = u t + 1/2 a t2. Deplasarea față de viteza inițială, accelerație și timp.
3. v2 = u2 + 2 a s. Viteza finală la pătrat de la viteza inițială, accelerație și deplasare.
4. s = 1/2 (u + v) t. Deplasarea față de media vitezelor inițiale și finale, înmulțită cu timp.

Cinematica acoperă, de asemenea, accelerația unghiulară și viteza unghiulară pentru mișcarea de rotație. Se aplică același model de 4 ecuații, cu mărimile liniare înlocuite cu omologii lor unghiulari.

Viteza este o mărime vectorială, definită atât de mărime, cât și de direcția în spațiu. O reprezentare vectorială folosește 2 sau 3 componente, una pe axă de coordonate.

3 proprietăți descriu viteza ca un vector:

• Magnitudinea. Lungimea vectorului viteză, exprimată în m/s, km/h, mph sau ft/s. Mărimea este egală cu viteza scalară a obiectului.
• Direcția. Orientarea vectorului viteză în cadrul de referință ales, adesea descrisă cu unghiuri de orientare în navigație sau vectori unitari în fizică.
• Componente. Un vector viteză bidimensional se descompune în componente vx și vi. Un vector tridimensional adaugă v₝.

Aritmetica vectorială acceptă adăugarea vitezei relativiste pentru mișcarea de mare viteză, calculele cu efect Coriolis în cadre non-inerțiale și compoziția vitezei în timpul analizei fluxului turbulent.

Viteza de la înălțime aplică ecuația v = √(2 g h), unde g este accelerația gravitațională (9,81 m/s2 lângă suprafața Pământului) și h este înălțimea căderii. Această formulă presupune un obiect în cădere liberă, fără rezistență la aer.

3 tipuri de viteze se referă la înălțime și gravitație:

• Viteza de cădere liberă. Un obiect aruncat de la înălțimea h ajunge la v = √(2 g h) la impact, ignorând tragerea.
• Viteza terminală. Viteza maximă atinsă în timpul căderii libere printr-un fluid (aer, apă). Viteza terminală depinde de densitatea fluidului, coeficientul de rezistență, masă și aria secțiunii transversale. Omul mediu atinge 99% din viteza terminală în aproximativ 15 secunde în timp ce este orientat cu burta spre pământ.
• Viteza de evacuare. Viteza minimă necesară pentru a depăși atracția gravitațională a unui corp ceresc. Viteza de evacuare a Pământului este egală cu aproximativ 11,2 km/s (25.020 mph). Viteza de evacuare este esențială pentru astrofizică și călătoriile în spațiu.

Graficul viteză-timp prezintă viteza pe axa y și timpul pe axa x, unde panta este egală cu accelerația și aria de sub curbă este egală cu deplasarea.

4 modele grafice dezvăluie caracteristicile mișcării:

• Linie orizontală. Viteză constantă, accelerație zero.
• Linie dreaptă cu pantă pozitivă. Accelerație pozitivă constantă, viteza crește liniar cu timpul.
• Linie dreaptă cu pantă negativă. Decelerație constantă, viteza scade liniar până la atingerea zero sau direcția inversă.
• Linie curbată. Accelerație variabilă, comună în fluxul turbulent, prelucrarea de mare viteză sau lansările de rachete cu masa de combustibil în scădere.

Panta în orice punct de pe graficul viteză-timp este egală cu accelerația instantanee. Treceți cu mouse-ul pe grafic pentru a citi viteza, timpul și panta în acea locație.