Шви́дкість, або погі́н[1], ско́рість[2], ху́ткість[3], пру́дкість[4], бистрота́[5] — фізична величина, що відповідає відношенню переміщеннятіла до проміжку часу, за який відбувалося переміщення. Швидкість — величина векторна, тобто вона має значення (модуль) і напрямок.
Швидкість, як векторна величина здебільшого позначається літерою або , а коли йде мова тільки про кількісне значення швидкості — (від лат.Velocitas — швидкість).
У системі SI швидкість (точніше її абсолютна величина) вимірюється в метрах за секунду — м/с. У системі СГС одиницею вимірювання швидкості є сантиметр за секунду — см/с. У повсякденному житті найпрактичнішою одиницею вимірювання швидкості є кілометр на годину — км/год. У певних галузях людської діяльності чи країнах використовуються специфічні одиниці швидкості, як-от вузол чи фут за секунду.
У науці використовується також швидкість у широкому значенні, як швидкість зміни будь-якої величини (не обов'язково радіус-вектора) залежно від іншої (частіше зміни в часі, але також у просторі або будь-якої іншої). Так, наприклад, говорять про кутову швидкість, швидкість зміни температури, швидкість хімічної реакції, групову швидкість, швидкості зʼєднання тощо. Математично швидкість характеризується похідноюфункції.
Способи опису швидкості
Траєкторний опис
Нехай тіло, що можна вважати за матеріальну точку, рухається по довільній траєкторії. Шлях, який пройшло тіло за проміжок часу :
.
За означенням:
(1), де — середня шляхова швидкість або середнє значення абсолютної величини швидкості за час . Швидкість тіла найлегше визначити тоді, коли воно здійснює рівномірний прямолінійний рух, тобто долає однакові відстані за однакові проміжки часу. У такому разі швидкість визначається як відношення відстані до часу:
де — шлях, пройдений тілом за час .
Визначене таким способом середнє значення абсолютної величини швидкості — скалярна величина і не повʼязана з переміщенням тіла. Наприклад, дівчина, яка пробігла од Полтави до Хорола, а потім повернулася назад, здійснила нульове переміщення, однак вона рухалася з певною середньою швидкістю, скажімо 10 км/год.
Механіка узагальнює поняття «швидкість» для довільного руху, використовуючи математичний апарат аналізу. Загалом тіла рухаються нерівномірно й можуть змінювати напрямок руху. Для опису такого руху вводиться поняття миттєвої швидкості, яку механіка надалі і називає просто швидкістю. Траєкторія руху тіла розбивається на маленькі ділянки, на яких рух можна вважати рівномірним і прямолінійним, і визначається швидкість на цих ділянках. Швидкість тіла в даній точці траєкторії (у певний момент часу) — миттєва швидкість, — буде тим точніше означена відношенням (1), чим менші значення і . У границі, коли прямує до нуля, отримується вираз для модуля миттєвої швидкості:
.
Отже, миттєву швидкість можна знайти за заданою залежністю через похідну по часу для будь-якого моменту часу. Швидкість — векторна величина. Отже, за означенням:
де — одиничний вектор уздовж дотичної до траєкторії, спрямований у напрямку руху в тій точці, у якій визначається швидкість.
Векторний опис
Якщо положення матеріальної точки відносно початку відліку задається радіусом-вектором , то для двох послідовних моментів часу і її переміщення характеризуватиметься вектором .
За означенням, середня швидкість матеріальної точки або середня швидкість переміщення довільного руху за інтервал часу — це векторна величина[6][7]:
Після застосування граничного переходу вводиться означення миттєвої швидкості.
Миттєва швидкість нерівномірного руху — це вектор у точці, який є границею середніх швидкостей, коли інтервал часу прямує до нуля. Розкриваючи означення, швидкість — це відношення переміщення матеріальної точки за інтервал часу, коли цей інтервал прямує до нуля, тобто похідна за часом від радіуса-вектора точки, що рухається:
.
Вектор швидкості спрямований у бік руху точки по дотичній до траєкторії її руху.
Так само, похідна від швидкості дає миттєве прискорення тіла в момент часу :
Задання швидкості в різних системах координат
Проєкції швидкості на осі прямокутної декартової системи координат дорівнюють першим похідним за часом від відповідних координат точки, що рухається:
Кінцева швидкість обʼєкта з початковою швидкістю та постійним у часі прискоренням в період часу визначається як:
Середня швидкість обʼєкта з постійним прискоренням становить . Тоді для обчислення відстані переміщення тіла за проміжок часу отримаємо формулу:
Якщо відома тільки початкова швидкість, можна застосовувати формулу:
З цих базових рівнянь виводиться формула, не залежна від параметру часу :
Наведені рівняння справедливі як для класичної механіки, так і для спеціальної теорії відносності. Відмінність ситуації полягає, зокрема, у тому, що в класичній механіці для всіх спостерігачів в інерційних системах відліку прискорення тіла, що рухається, буде однаковим. Для спеціальної теорії відносності це не так.
Рух матеріальної точки по колу можна охарактеризувати як лінійними кінематичними величинами на основі викладок, зроблених вище, так і кутовими кінематичними величинами — кутовою координатою і кутовою швидкістю .
При обертанні матеріальної точки з кутовою швидкістю по колурадіусомR її миттєва швидкість визначається формулою
Швидкість точки при плоскому русі
Загалом, якщо розглядати рух матеріальної точки A в площині в полярній системі координат, то швидкість можна розкласти на дві взаємно перпендикулярні складові: радіальну (променеву) й тангенціальну (трансверсальну). Радіальна швидкість направлена вздовж радіус-вектора точки й характеризує віддалення або наближення точки A до початку системи координат O. Тангенціальна швидкість направлена перпендикулярно до радіус-вектора, і характеризує обертання точки А навколо початку відліку О системи координат:
причому
де — полярний радіус-вектор, проведений з полюса в точку, а — одиничний вектор, напрямлений перпендикулярно до площини руху так, що обертання радіус-вектора у бік збільшення кута відбувається проти стрілки годинника. Проєкції радіальної і дотичної швидкостей точки на напрями відповідно радіуса-вектора і прямої, проведеної перпендикулярно до нього в бік зростання кута :
Повне значення швидкості в цьому разі:
Загальний випадок руху твердого тіла
Швидкість поступального і обертального рухів
Загалом вільне тверде тіло має шість ступенів вільності. Його розташування в просторі визначається трьома координатами якоїсь довільно вибраної точки O' тіла, яку називають полюсом, і трьома кутами Ейлераψ, θ, φ, які характеризують положення тіла відносно прямокутної декартової системи координат O'ξης, осі якої паралельні до відповідних осей основної (нерухомої) системи координат Oxyz, а початок знаходиться в полюсі O'. Відповідно рух тіла можна розглядати як сукупність двох рухів, що відбуваються одночасно — поступального зі швидкістю полюса O' й обертального навколо полюса з кутовою швидкістю ω, яка не залежить від вибору полюса.
На рисунку показано жорстко звʼязану з тілом рухому систему координат O'x'y'z'. Радіуси-вектори довільної точки A тіла в нерухомій і рухомій системах координат повʼязані співвідношенням:
Швидкість точки A тіла буде дорівнювати:
де — швидкість поступального руху тіла.
Закон додавання швидкостей
Звʼязок між радіусами-векторами і точки A, що рухається, проведеними відповідно з початку O нерухомої системи відліку (x, y, z) і початку O' рухомої системи (x', y', z'), має вигляд:
де x', y', z' — проєкції на осі рухомої системи, а — орти цих осей.
Абсолютна швидкість точки як похідна по часу від радіус-вектора, дорівнює за умови однаковості перебігу часу в обох системах відліку («абсолютний час»):
.
У цьому рівнянні:
перший доданок — швидкість поступального руху рухомої системи;
наступні три доданки описують зміну в часі ортів , яка може бути зумовлена лише обертанням рухомої системи координат з кутовою швидкістю ω:
;
останні три доданки характеризують відносну швидкість точки .
Отже,
де — переносна швидкість точки A, що дорівнює абсолютній швидкості тієї незмінно повʼязаної з рухомою системою відліку точки простору, з якою наразі збігається точка A, що рухається.
Отже, абсолютна швидкість руху точки дорівнює векторній сумі її переносної і відносної швидкостей:
де — звичайна тривимірна швидкість, а c — швидкість світла у вакуумі.
4-швидкість — безрозмірна величина. Для 4-вектора швидкості завжди справедливе рівняння:
Відносна швидкість
Значення швидкості тіла залежить від системи відлікуспостерігача. У класичній механіці, яка використовує принцип Галілея, швидкість тіла в новій системі відліку є векторною різницею його швидкості в старій системі й швидкості нової системи відліку відносно старої :
,
де — швидкість тіла в новій системі відліку, — швидкість тіла в старій системі відліку, — швидкість нової системи відліку відносно старої.
У системі відліку, яка рухається з тією самою швидкістю, що й тіло, воно є непорушним.
У теорії відносності наведена формула не є справедливою, оскільки жодне тіло не може рухатися зі швидкістю, яка перевищувала б швидкість світла. Наприклад, у разі, коли напрям швидкості нової системи відліку збігається з напрямком руху тіла, швидкість у новій системі дорівнює
.
За малих швидкостей або ця формула збігається з формулою перетворень Галілея.
Зв'язок з іншими фізичними величинами
Тіло, яке рухається з певною швидкістю, має імпульс та енергію. Імпульс матеріальної точки масою , що рухається зі швидкістю , дорівнює
.
Кінетична енергія такої матеріальної точки в класичній механіці дорівнює
.
Завдяки кінетичній енергії фізичне тіло, яке має відмінну від нуля швидкість, може здійснювати роботу.
Рівняння руху механіки задають зв'язок між прискоренням тіл та силами, які діють на ці тіла. Отже, вони є диференціальними рівняннями щодо швидкостей. Для опису часової еволюції механічної системи потрібно задати не тільки положення тіл, а і їхні швидкості в початковий момент часу. Наприклад, висота, на яку злетить підкинутий угору м'яч, і час його польоту залежать від того, яку початкову швидкість йому надали.
Деякі характерні швидкості
Космічні швидкості
Небесна механіка вивчає поведінку тіл Сонячної системи та інших небесних тіл. Рух штучних космічних тіл вивчається астродинамікою. Водночас розглядається декілька варіантів руху тіл, у кожному з яких тілу слід надати певної швидкості. Для виведення супутника на колову орбіту йому слід надати першої космічної швидкості (наприклад для виведення на орбіту штучного супутника Землі він повинен мати швидкість 7,9 км/с). Подолати гравітаційне притягання дозволить друга космічна швидкість (наприклад, об'єкту запущеному із Землі для подолання її гравітації слід надати швидкість 11,2 км/с). Третя космічна швидкість потрібна для того, щоб покинути зоряну систему, подолавши притяганні зорі (наприклад, об'єкт, що запущений із Землі повинен мати швидкість 16,67 км/с відносно Землі під час старту в найвигіднішому напрямі, а під час старту із Землі в найменш вигідному напрямку його необхідно розігнати до швидкості 72,8 км/с). Четверта космічна швидкість дозволить покинути галактику.
Швидкість звуку — швидкість поширення пружних хвиль у середовищі і визначається пружністю і густиною середовища. Швидкість звуку не є сталою величиною і залежить від температури (у газах), від напрямку поширення хвилі (у монокристалах) але за заданих зовнішніх умов переважно не залежить від частотихвилі та її амплітуди. Для випадків, коли ця умова не виконується і швидкість звуку залежить від частоти, кажуть про дисперсію звуку. Вперше швидкість звуку виміряв Вільям Дерхам (англ.William Derham; 1657—1735). У газах швидкість звуку є меншою, ніж у рідинах, а в рідинах швидкість звуку менша за швидкість звуку у твердих тілах.
Відношення швидкості потоку в даній точці газового середовища до місцевої швидкості поширення звуку має назву «Число Маха». Швидкість, що відповідає М1 (1 Маху) при тиску в 1 атм, дорівнюватиме швидкості звуку в повітрі. Рух об'єктів зі швидкістю, порівняльною зі швидкістю звуку, спричиняє проявлення низки явищ, що супроводжують подолання звукового бар'єру. Швидкості від М1,2 до М5 називаються надзвуковими, швидкості понад М5 — гіперзвуковими.
Швидкість світла у вакуумі — абсолютне значення швидкості поширення електромагнітних хвиль у вакуумі. Традиційно позначається літерою латинського алфавіту «c»[8]. Швидкість світла у вакуумі — фізична стала, що не залежить від вибору інерційної системи відліку. Вона належить до фундаментальних фізичних сталих, що характеризують не просто окремі тіла чи поля, а властивості простору-часу загалом. За сучасними уявленнями швидкість світла у вакуумі — гранична швидкість руху і поширення взаємодій.
В українській мові термін швидкість уживається також не в механічному сенсі для визначення часових характеристик перебігу довільних процесів: наприклад, швидкість хімічної реакції, швидкість нагрівання, швидкість замерзання, швидкість випаровування. Якщо певний процес характеризується залежною від часу величиною , то миттєва швидкість перебігу цього процесу визначається похідною . Відповідно, середня швидкість за проміжок часу визначається як .
Вайданич В. І., Пенцак Г. М. Фізика. — Львів : Національний лісотехнічний університет України, 2009. — 664 с. — ISBN 5-7763-0227-7.
Воловик П. М. Фізика для університетів. — Київ : Перун, 2011. — 864 с. — ISBN 966-569-172-4.
Іванків Я. І., Палюх Б. М. Механіка [Текст] : навч. посібник для студ. фіз. спец. вузів. — Київ : ІСДО, 1995. — 228 с. — ISBN 5-7763-9897-5.
Козицький С. В., Поліщук Д. І. Курс загальної фізики: підруч. для студ. ВНЗ: у 6 т. Т. 1. Механіка. — Одеса : Астропринт, 2011. — 471 с.
Методи та засоби вимірювання вихрового компонента швидкості течії: монографія / В. Д. Погребенник ; М-во освіти і науки України, Нац. ун-т «Львів. політехніка». — Львів: Вид-во Львів. політехніки, 2015. — 180 с. : іл. — Режим доступу: . — Бібліогр.: с. 171—178 (123 назви). — ISBN 978-617-607-768-8
NexansJenisSociété anonyme (Euronext: NEX)IndustriSistem kabel dan kabelDidirikan2000KantorpusatLa DéfenseTokohkunciChristopher Guérin, CEOKaryawan25,890Situs webwww.nexans.com Nexans adalah pemain global dalam industri jalur kabel dengan kantor pusat di Paris, Prancis. Grup ini hadir di empat bidang kegiatan utama: bangunan dan wilayah (bangunan, infrastruktur lokal, kota / jaringan pintar, e-mobilitas), tegangan tinggi dan proyek (ladang angin lepas pantai, komunikasi bawah laut, t...
Type of woodworking joint Not to be confused with Finger joint. Box joint A box joint is a woodworking joint made by cutting a set of complementary, interlocking profiles in two pieces of wood, which are then joined (usually) at right angles, usually glued. The glued box joint has a high glued surface area resulting in a strong bond, on a similar principle to a finger joint. Box joints are used for corners of boxes or box-like constructions, hence the name. The joint does not have the same in...
List of events ← 1909 1908 1907 1910 in South Africa → 1911 1912 1913 Decades: 1890s 1900s 1910s 1920s 1930s See also: List of years in South Africa The following lists events that happened during 1910 in South Africa. Incumbents Cape Colony Governor of the Cape of Good Hope: Maj Gen Henry Scobell (acting) (until 30 May). Prime Minister of the Cape of Good Hope: John X. Merriman (until 30 May). Natal Governor of the Colony of Natal: The Lord Methuen (until 30 May). Prime Minister ...
Hibernian WomenDatos generalesNombre Hibernian Women's Football ClubFundación 1997; 24 años como Preston AthleticRefundación 1999 como Hibernian Girls & Ladies Football ClubEntrenador Dean Gibson[1]InstalacionesEstadio Ainslie ParkCapacidad 3.534 espectadoresUbicación Edimburgo, EscociaInauguración 2008 Titular Última temporadaLiga Scottish Women's Premier League(2019) SubcampeónTítulos 3 (por última vez en 2006-07) Actualidad Scottish Women's Premier Leagu...
Le théorème de Krein-Milman est un théorème, démontré par Mark Krein et David Milman en 1940[1], qui généralise à certains espaces vectoriels topologiques un résultat géométrique portant sur les ensembles convexes énoncé par Hermann Minkowski en dimension finie (et souvent improprement dénommé lui-même « théorème de Krein-Milman »). Une forme particulièrement simplifiée du théorème s'énonce : tout polygone convexe est l'enveloppe convexe de l'ensemble ...
Debunked conspiracy theory about alleged child-sex ring Pizzagate redirects here. For the pizza-throwing incident at a 2004 association football game between Manchester United and Arsenal, see Battle of the Buffet § Pizzagate. Proponents of Pizzagate connected Comet Ping Pong (pictured) to a fictitious child sex ring Pizzagate is a conspiracy theory that went viral during the 2016 United States presidential election cycle, falsely claiming that the New York City Police Department (NYPD)...
Michelle ZaunerZauner, 2021.LahirMichelle Chongmi Zauner29 Maret 1989 (umur 34)Seoul, Korea SelatanAlmamaterBryn Mawr CollegePekerjaanMusisipenulis laguTahun aktif2005-sekarangSuami/istriPeter Bradley (m. 2014)Karier musikAsalEugene, Oregon, A.S.GenreIndie popindie rocklo-fiInstrumenVokalgitarLabelDead OceansYellow KW Hotels Michelle Chongmi Zauner (lahir 29 Maret 1989) adalah seorang musisi dan penulis asal Korea-Amerika, dia terkenal sebagai vokalis ...
American activist and artist (1926–2021) Ivy BottiniBottini speaking at Stonewall Democratic Club in 2019Born(1926-08-15)August 15, 1926New York, USDiedFebruary 25, 2021(2021-02-25) (aged 94)Alma materPratt InstituteOccupationsActivistartistOrganizationNational Organization for WomenSpouse Edward Bottini (m. 1952; div. 1968)Children2 Ivy Bottini (August 15, 1926 – February 25, 2021) was an American activist for women's and LGBT...
American actor and singer This biography of a living person needs additional citations for verification. Please help by adding reliable sources. Contentious material about living persons that is unsourced or poorly sourced must be removed immediately from the article and its talk page, especially if potentially libelous.Find sources: Luke Benward – news · newspapers · books · scholar · JSTOR (June 2016) (Learn how and when to remove this template messa...
Canadian trade union This article has multiple issues. Please help improve it or discuss these issues on the talk page. (Learn how and when to remove these template messages) This article needs additional citations for verification. Please help improve this article by adding citations to reliable sources. Unsourced material may be challenged and removed.Find sources: Alberta Union of Provincial Employees – news · newspapers · books · scholar · JSTOR (A...
The White RoseKartu lobiSutradaraD. W. GriffithHerbert Sutch (asisten sutradara)Produser D. W. Griffith Ditulis olehIrene Sinclair (nama pena Griffith)PemeranMae MarshIvor NovelloCarol DempsterNeil HamiltonPenata musikJoseph BreilSinematograferBilly BitzerHendrik SartovHarold SintzenichDistributorUnited ArtistsTanggal rilis 21 Mei 1923 (1923-05-21) Durasi100 menitNegara Amerika Serikat BahasaFilm bisu dengan antar judul Inggris Film lengkap The White Rose adalah sebuah film drama b...
Si ce bandeau n'est plus pertinent, retirez-le. Cliquez ici pour en savoir plus. La mise en forme de cet article est à améliorer (juillet 2023). La mise en forme du texte ne suit pas les recommandations de Wikipédia : il faut le « wikifier ». Comment faire ? Les points d'amélioration suivants sont les cas les plus fréquents. Le détail des points à revoir est peut-être précisé sur la page de discussion. Les titres sont pré-formatés par le logiciel. Ils ne sont...
Canadian professional wrestler Not to be confused with Bob Evans (wrestler). Robert EvansEvans as Archibald Peck in April 2011Born (1983-10-19) October 19, 1983 (age 40)[1]Winnipeg, Manitoba, Canada[1]Professional wrestling careerRing name(s)Archibald Peck[2]Latvian Proud Oak[3]Mixed Martial Archie[4]The Mysterious and Handsome Stranger[5]R.D. Evans[6]Robert Evans[1]Billed height1.90 m (6 ft 3 in)[1]...
Chemical reaction The Bingel reaction in fullerene chemistry is a fullerene cyclopropanation reaction to a methanofullerene first discovered by C. Bingel in 1993 with the bromo derivative of diethyl malonate in the presence of a base such as sodium hydride or DBU.[1] The preferred double bonds for this reaction on the fullerene surface are the shorter bonds at the junctions of two hexagons (6-6 bonds) and the driving force is relief of steric strain. The reaction is of importance in t...
American jazz musician Valaida SnowSnow in a 1945 advertisementBackground informationBorn(1904-06-02)June 2, 1904Chattanooga, Tennessee, U.S.DiedMay 30, 1956(1956-05-30) (aged 51)New York City, U.S.GenresJazzOccupation(s)Musician, entertainerInstrument(s)TrumpetMusical artist Valaida Snow (June 2, 1904[1] – May 30, 1956)[2] was an American jazz musician and entertainer who performed internationally. She was also known as Little Louis and Queen of the Trumpet, a nickname...
Municipality in Valencian Community, SpainLucena del Cid LlucenaMunicipalityLlucena / Lucena del Cid [1] Coat of armsLucena del CidLocation in SpainShow map of Province of CastellónLucena del CidLucena del Cid (Valencian Community)Show map of Valencian CommunityLucena del CidLucena del Cid (Spain)Show map of SpainCoordinates: 40°16′35″N 0°12′34″W / 40.27639°N 0.20944°W / 40.27639; -0.20944Country SpainAutonomous community Valencian Commun...
British chemist and educationalist Philip Joseph HartogKBE CIEBorn(1864-03-02)2 March 1864London, EnglandDied27 June 1947(1947-06-27) (aged 83)London, EnglandAlma mater University of Paris University of Heidelberg Occupation(s)chemist, educationistSpouse Mabel Hélène (m. 1915)ParentAlfonse Hartog (father)Relatives Héléna Arsène Darmesteter (sister) Numa Edward Hartog (brother) Marcus Hartog (brother) Sir Philip Joseph Hartog KBE CIE (2 Mar...
Archaeological remains of the ritual burial of materials under the foundations of buildings Foundation deposits are the archaeological remains of the ritual burial of materials under the foundations of buildings.[1] Examples of foundation deposits Foundation nail dedicated by Gudea to Ningirsu. Fenestrated silver axehead, Middle Bronze Age, found near Byblos Ancient Egypt Foundation deposits for Hatshepsut's tomb In the case of Ancient Egypt, foundation deposits took the form of ritua...