スピード

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スピード
Mersan.JPG
速度は、オブジェクトが距離をカバーする速度と考えることができます。動きの速いオブジェクトは高速で、一定の時間内に比較的長い距離をカバーしますが、動きの遅いオブジェクトは同じ時間内に比較的短い距離をカバーします。
一般的な記号
v
SI単位m / s、m s -1
寸法L T -1

日常の使用および運動学では、オブジェクト速度(一般にvと呼ばれます)は、時間の経過に伴う位置の変化率の大きさ、または単位時間あたりの位置の変化の大きさです。したがって、それはスカラー量です。[1]ある時間間隔でのオブジェクト平均速度は、オブジェクトが移動した距離を間隔のさで割ったものです。[2]瞬間速度は、時間間隔の持続時間がゼロに近づくときの平均速度の限界です

速度には、距離を時間で割った次元があります。SIの速度の単位はメートル/秒(m / s)ですが、日常の使用で最も一般的な速度の単位はキロメートル/時(km / h)、または米国と英国ではマイル/時(mph)です。 )。空中および海上旅行では、結び目が一般的に使用されます。

特殊相対性理論に従って、エネルギーまたは情報が移動できる最速の速度は、真空中の光の速度ですc =299 792 458メートル/秒(約1 079 000 000  km / hまたは671 000 000  mph)。これは無限の量のエネルギーを必要とするので、物質は光速に完全に到達することはできません。相対性理論では、速さの概念が速度の古典的な概念に取って代わります。

意味

歴史的定義

イタリアの物理学者ガリレオガリレイは通常、走行距離と所要時間を考慮して速度を最初に測定したとされています。ガリレオは、速度を単位時間あたりにカバーされる距離として定義しました。[3]方程式の形では、それは

どこスピードです、は距離であり、時間です。たとえば、2秒の時間で30メートルをカバーするサイクリストは、毎秒15メートルの速度を持っています。動いている物体には速度のばらつきがあることがよくあります(車は時速50 kmで通りを走行し、時速0 kmに減速してから、時速30 kmに達する場合があります)。

瞬時速度

ある瞬間の速度、または非常に短い期間で一定であると想定される速度は、瞬間速度と呼ばれます。スピードメーターを見ることで、いつでも車の瞬間速度を読み取ることができます。[3]時速50kmで走行する車は、通常、一定速度で1時間未満走行しますが、その速度で1時間走行すると、50km走行します。車両がその速度で30分間継続すると、その距離の半分(25 km)をカバーします。1分だけ続けると約833mをカバーします。

数学的には、瞬間速度瞬間速度の大きさとして定義されます 、つまり、位置の導関数時間に関して[2] [4]

もしも時間までに移動したパスの長さ(距離とも呼ばれます)です、速度はの時間微分に等しい[2]

速度が一定である(つまり、直線で一定の速度である)特別な場合、これは次のように簡略化できます。有限の時間間隔での平均速度は、移動した合計距離を時間で割ったものです。

平均速度

瞬間速度とは異なり、平均速度は、カバーされた合計距離を時間間隔で割ったものとして定義されます。たとえば、1時間で80キロメートルの距離を走行する場合、平均速度は時速80キロメートルになります。同様に、320キロメートルが4時間で移動する場合、平均速度も時速80キロメートルになります。キロメートル(km)単位の距離を時間(h)単位の時間で割ると、結果は時速キロメートル(km / h)になります。

平均速度は、より短い時間間隔で発生した可能性のある速度変動を表していないため(走行距離全体を総移動時間で割ったものであるため)、平均速度は瞬間速度の値とはかなり異なることがよくあります。[3]平均速度と移動時間がわかっている場合、移動距離は、定義を次のように再配置することで計算できます。

4時間の旅行で時速80キロメートルの平均速度に対してこの方程式を使用すると、カバーされる距離は320キロメートルであることがわかります。

グラフで表現すると、距離-時間グラフの任意の点での接線の傾きは、この点での瞬間速度であり、同じグラフの弦線の傾きは、コード。オブジェクトの平均速度はVav = s÷tです

速度と速度の違い

速度はオブジェクトの移動速度のみを示し、速度はオブジェクトの移動速度と方向の両方を示します。[5]車が時速60kmで走行すると言われる場合、その速度が指定されています。ただし、車が時速60 kmで北に移動すると言われている場合は、速度が指定されています。

円周の動きを考えると大きな違いがわかります。何かが円形の経路を移動して開始点に戻るとき、その平均速度はゼロですが、その平均速度は、円の円周を円の周りを移動するのにかかる時間で割ることによって求められます。これは、平均速度が始点と終点の間の変位のみを考慮して計算されているのに対し、平均速度は総移動距離のみを考慮しているためです。

接線速度

線速度は単位時間あたりの移動距離であり、接線速度(または接線速度)は円形の経路に沿って移動するものの線速度です。[6]メリーゴーランドまたはターンテーブルの外側の端にあるポイントは、中心に近いポイントよりも1回転で長い距離を移動します。同時に長距離を移動すると速度が速くなるため、回転するオブジェクトの外縁では、軸に近い場合よりも直線速度が大きくなります。円周に沿ったこの速度は、運動の方向が円周に接しているため、接線速度として知られています。サークルの。円運動の場合、線形速度と接線速度という用語は同じ意味で使用され、どちらもm / s、km / hなどの単位を使用します。

回転速度(または角速度)には、単位時間あたりの回転数が含まれます。堅いメリーゴーランドまたはターンテーブルのすべての部分は、同じ時間で回転軸を中心に回転します。したがって、すべての部品は同じ回転速度、または単位時間あたりの同じ回転数または回転数を共有します。回転数は、1分あたりの回転数(RPM)で、または単位時間で回転する「ラジアン」の数で表すのが一般的です。1回転で6ラジアンを少し超える程度です(正確にはラジアン)。方向が回転速度に割り当てられるとき、それは回転速度または角速度として知られています。回転速度は、大きさが回転速度であるベクトルです。

接線速度と回転速度は関連しています。RPMが大きいほど、メートル/秒単位の速度が大きくなります。接線速度は、回転軸から一定の距離にある回転速度に正比例します。[6]ただし、接線速度は、回転速度とは異なり、半径距離(軸からの距離)に依存します。固定回転速度で回転するプラットフォームの場合、中心の接線速度はゼロです。プラットフォームの端に向かって、接線速度は軸からの距離に比例して増加します。[7]方程式の形で:

ここで、vは接線速度、ω(ギリシャ文字のオメガ)は回転速度です。1つは回転速度が上がると速く動き(ωの値が大きい)、もう1つは軸から遠くに動くと速く動きます(rの値が大きくなります)。中心の回転軸から2倍の距離を移動すると、2倍の速さで移動します。3倍の距離に移動すると、接線速度が3倍になります。どのような種類の回転システムでも、接線速度は回転軸からの距離によって異なります。

接線速度v、回転速度ω、半径距離rに適切な単位を使用すると、 rとωの両方に対するvの正比例が正確な式になります。

したがって、ホイール、ディスク、またはリジッドワンドの場合のように、システムのすべての部分が同時に同じωを持つ場合 、接線速度はrに正比例します。

単位

速度の単位は次のとおりです。

速度の一般的な単位間の変換
MS km / h mph 結び目 フィート/秒
1 m / s = 1 3.600 000 2.236 936 * 1.943 844 * 3.280 840 *
1 km / h = 0.277 778 * 1 0.621 371 * 0.539 957 * 0.911 344 *
1 mph = 0.447 04 1.609 344 1 0.868 976 * 1.466 667 *
1ノット= 0.514 444 * 1.852 1.150 779 * 1 1.687 810 *
1フィート/秒= 0.3048 1.097 28 0.681 818 * 0.592 484 * 1

(* =概算値)

さまざまな速度の例

スピード MS フィート/秒 km / h mph ノート
大陸移​​動のおおよその割合 0.000 000 01 0.000 000 03 0.000 000 04 0.000 000 02 4cm /年。場所によって異なります。
一般的なカタツムリの速度 0.001 0.003 0.004 0.002 1秒あたり1ミリメートル
活発な散歩 1.7 5.5 6.1 3.8
典型的なロードサイクリスト 4.4 14.4 16 10 人、地形、自転車、努力、天気によって大きく異なります
速い武道のキック 7.7 25.2 27.7 17.2 床から1メートルの距離でターゲットまで130ミリ秒で記録された最速のキック。キック持続時間全体の平均速度速度[8]
スプリントランナー 12.2 40 43.92 27 ウサインボルト100メートル 世界記録
ロードサイクリストのおおよその平均速度 12.5 41.0 45 28 平坦な地形では、変化します
世界のほとんどの典型的な郊外の制限速度 13.8 45.3 50 30
台北101展望台エレベーター 16.7 54.8 60.6 37.6 1010 m / min
典型的な地方の制限速度 24.6 80.66 88.5 56
英国の国内速度制限(単一の車道) 26.8 88 96.56 60
カテゴリ1のハリケーン 33 108 119 74 1分間の最小持続速度
チーターの平均ピーク速度 33.53 110 120.7 75
フランスの自動ルートの制限速度 36.1 118 130 81
記録された最高の人力速度 37.02 121.5 133.2 82.8 リカンベント自転車サム・ウィッティンガム[9]
人間のくしゃみの平均速度 44.44 145.82 160 99.42
ペイントボールマーカー初速 90 295 320 200
ボーイング747-8ジェット旅客機の巡航速度 255 836 917 570 マッハ0.8535 000 フィート10 668  m)高度
.22口径のロングライフル弾の速度 326.14 1070 1174.09 729.55
公式の陸上速度記録 341.1 1119.1 1227.98 763
海面気圧および20°Cでの乾燥空気中音速 343 1125 1235 768 定義上、マッハ1。20°C = 293.15 ケルビン
7.62×39mm初速 710 2330 2600 1600 7.62×39mmの弾丸はソビエト起源 のライフルカートリッジです
ジェットエンジン航空機の公式飛行対気速度記録 980 3215 3530 2194 ロッキードSR-71ブラックバード
再突入時のスペースシャトル 7800 25600 _ 28 000 17,500
地球上の脱出速度 11200 _ 36700 _ 40 000 25 000 11.2km・s -1
2013年のボイジャー1号の太陽に対する相対速度 17 000 55800 _ 61200 _ 38 000 人工物の中で最も速い地動説の後退速度。[10](11 mi / s)
太陽の周りの惑星地球の平均軌道速度 29 783 97 713 107 218 66 623
ヘリオスプローブの記録された最速の速度 70,220 230,381 252,792 157,078 太陽軌道で達成された、人工宇宙船によって達成された最速の速度として認識されています。
真空中光速(記号c 299 792 458 983 571 056 1 079 252 848 670 616 629 丁度299 792 458  m / sメーターの定義による


心理学

ジャン・ピアジェによれば、人間の速度の概念に対する直感は、持続時間の概念に先行し、距離を置くという概念に基づいています。[11]ピアジェは、1928年にアルバートアインシュタインが彼に尋ねた質問に触発されてこの主題を研究しました:「子供たちはどのような順序で時間と速度の概念を習得しますか?」[12]子供の初期の速度の概念は、時間的および空間的順序のみを考慮した「追い越し」に基づいています。具体的には、次のようになります。他の物体よりも少し遅れて」[13]

も参照してください

参考文献

  • リチャード・P・ファインマン、ロバート・B・レイトン、マシュー・サンズ。ファインマン物理学の講義、第1巻、セクション8–2。アディソン-ウェスリー、レディング、マサチューセッツ(1963年)。ISBN0-201-02116-1 _
  1. ^ ウィルソン、エドウィン・ビッドウェル(1901)。ベクトル解析:J。ウィラードギブスの講義に基づいて作成された、数学と物理学の学生が使用するための教科書イェール200周年記念出版物。C.スクリブナーの息子。p。125. hdl2027 /mdp.39015000962285これは、ベクトル物理学における速度/速度の用語の起源である可能性があります。
  2. ^ a b c Elert、Glenn。「スピードとベロシティ」物理ハイパーテキストブック2017年6月8日取得
  3. ^ a b c Hewitt(2006)、p。42
  4. ^ 「IEC60050-IEV番号113-01-33の詳細:「速度」" 。Electropedia:世界のオンライン電気技術用語集。 2017年68日閲覧。
  5. ^ ウィルソン、エドウィン・ビッドウェル(1901)。ベクトル解析:J。ウィラードギブスの講義に基づいて作成された、数学と物理学の学生が使用するための教科書イェール200周年記念出版物。C.スクリブナーの息子。p。125. hdl2027 /mdp.39015000962285これは、ベクトル物理学における速度/速度の用語の起源である可能性があります。
  6. ^ a b Hewitt(2006)、p。131
  7. ^ ヒューイット(2006)、p。132
  8. ^ http://www.kickspeed.com.au/Improve-measure-kicking-speed.html
  9. ^ 「アーカイブされたコピー」2013年8月11日にオリジナルからアーカイブされまし2013年10月12日取得{{cite web}}: CS1 maint: archived copy as title (link)
  10. ^ ダーリン、デビッド。「最速の宇宙船」2013年8月19日取得
  11. ^ ジャン・ピアジェ、心理学と疫学:知識の理論に向けて、バイキング・プレス、pp。82–83およびpp。110–112、1973年。SBN670-00362 -x
  12. ^ ジーグラー、ロバートS。; リチャーズ、D。ディーン(1979)。「時間、速度、距離の概念の開発」(PDF)発達心理学15(3):288–298。土井10.1037 /0012-1649.15.3.288
  13. ^ 幼児教育:歴史と伝統、第1巻テイラーアンドフランシス。2006.p。164. ISBN 9780415326704