Швидкість - фізична величина, що характеризує рух тіла в просторі.
Лінійна швидкість
При рівномірному русі вздовж заданої траєкторії швидкість v дорівнює відношенню пройденого шляху Delta-s до інтервалу часу Delta-t, за який він був пройдений:
v = Delta-s /Delta-t.
При нерівномірному русі величину, обчислену за цією формулою, називають середньою швидкістю руху. Зменшуючи інтервал часу Delta-t, на якому розглядається рух, завжди можна домогтися того, що в межах цього інтервалу зміна швидкості буде як завгодно мало. У межі, коли Delta-t-0, говорять про миттєвої швидкості тіла в момент t:
v (t) = ds (t) /dt.
Тобто, миттєва швидкість дорівнює похідною шляху по часу. У такому визначенні швидкість є скалярною величиною і називається лінійною швидкістю.
Векторна швидкість
При вивченні довільного руху в тривимірному просторі швидкість розглядається як векторна величина v (vx, vy, vz), рівна похідною від радіус-вектора r (t) = r (rx(T), ry(T), rz(T)) по часу. При цьому компоненти швидкості незалежні один від одного і кожна обчислюється як похідна за часом від відповідної компоненти радіус-вектора:
vx = drx/dt,
vy = dry/dt,
vz = drz/dt.
Векторне значення швидкості характеризує напрямок руху і лінійну (скалярную) швидкість уздовж цього напрямку, яка дорівнює модулю вектора швидкості.
Гранична швидкість
Згідно спеціальної теорії відносності Альберта Ейнштейна, швидкість матеріальних (масивних) об'єктів завжди менше швидкості світла. Рівне зі швидкістю світла рухаються лише безмасові переносники фізичних взаємодій, такі як фотони і Гравітон.
Проте невірно говорити, що швидкостей вище швидкості світла не буває. Сверхсветовой можуть бути руху, не пов'язані з перенесенням маси або енергії. Наприклад, сонячний зайчик від дзеркала на Землі може переміщатися по поверхні Місяця швидше світла. При цьому вздовж траєкторії зайчика не переноситься енергія. Світло приходить від дзеркала. Просто він у різні моменти часу досягає поверхні Місяця.
Узагальнення поняття швидкості
У більш широкому сенсі слово «швидкість» використовують при описі зміни будь-якої величини в часі. Наприклад:
- швидкість зростання температури при нагріванні чайника з водою (у градусах за хвилину),
- швидкість передачі даних по каналу зв'язку (в бітах в секунду),
- швидкість зростання населення Землі (У числі людей на рік).
Найважливішими окремими випадками такого застосування є поняття кутової швидкості (Швидкості обертання) і прискорення (Швидкості зміни швидкості).
У гранично загальному випадку поняттям «швидкість» характеризують ступінь зміни однієї фізичної або математичної величини при зміні деякої іншої, від якої перша залежить. У цьому сенсі слово «швидкість» розглядається як синонім слова «похідна». Наприклад:
- крутизна підйому - це швидкість зміни висоти на одиницю пройденого шляху;
- похідна функції в точці - це швидкість її зростання при невеликій зміні аргументу.
Корисні посилання: