Velocidade - Speed

Velocidade
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A velocidade pode ser considerada como a taxa na qual um objeto percorre distâncias. Um objeto de movimento rápido tem alta velocidade e cobre uma distância relativamente grande em um determinado período de tempo, enquanto um objeto de movimento lento cobre uma distância relativamente pequena no mesmo período de tempo.
Símbolos comuns
v
Unidade SI m / s, m s -1
Dimensão L T −1

No uso diário e na cinemática , a velocidade (comumente referida como v ) de um objeto é a magnitude da taxa de mudança de sua posição com o tempo ou a magnitude da mudança de sua posição por unidade de tempo; é, portanto, uma quantidade escalar . A velocidade média de um objeto em um intervalo de tempo é a distância percorrida pelo objeto dividida pela duração do intervalo; a velocidade instantânea é o limite da velocidade média conforme a duração do intervalo de tempo se aproxima de zero.

A velocidade tem as dimensões da distância dividida pelo tempo. A unidade SI de velocidade é o metro por segundo (m / s), mas a unidade mais comum de velocidade no uso diário é o quilômetro por hora (km / h) ou, nos EUA e no Reino Unido, milhas por hora (mph ) Para viagens aéreas e marítimas, o é comumente usado.

A velocidade mais rápida possível na qual a energia ou informação pode viajar, de acordo com a relatividade especial , é a velocidade da luz no vácuo c =299 792 458 metros por segundo (aproximadamente1 079 000 000  km / h ou671 000 000  mph ). A matéria não pode atingir a velocidade da luz, pois isso exigiria uma quantidade infinita de energia. Na física da relatividade, o conceito de rapidez substitui a ideia clássica de velocidade.

Definição

Definição histórica

O físico italiano Galileo Galilei costuma ser o primeiro a medir a velocidade, considerando a distância percorrida e o tempo que leva. Galileu definiu velocidade como a distância percorrida por unidade de tempo. Na forma de equação, isto é

onde é velocidade, é distância e é tempo. Um ciclista que percorre 30 metros em um tempo de 2 segundos, por exemplo, tem uma velocidade de 15 metros por segundo. Os objetos em movimento costumam ter variações de velocidade (um carro pode viajar ao longo de uma rua a 50 km / h, desacelerar até 0 km / he chegar a 30 km / h).

Velocidade instantânea

A velocidade em algum instante, ou constante assumida durante um período muito curto de tempo, é chamada de velocidade instantânea . Olhando para um velocímetro , pode-se ler a velocidade instantânea de um carro a qualquer instante. Um carro viajando a 50 km / h geralmente vai por menos de uma hora a uma velocidade constante, mas se ele andasse nessa velocidade por uma hora inteira, ele percorreria 50 km. Se o veículo continuasse nessa velocidade por meia hora, ele percorreria a metade dessa distância (25 km). Se continuasse por apenas um minuto, cobriria cerca de 833 m.

Em termos matemáticos, a velocidade instantânea é definida como a magnitude da velocidade instantânea , ou seja, a derivada da posição em relação ao tempo :

Se for o comprimento do caminho (também conhecido como distância) percorrido até o tempo , a velocidade é igual ao tempo derivado de :

No caso especial em que a velocidade é constante (ou seja, velocidade constante em linha reta), isso pode ser simplificado para . A velocidade média em um intervalo de tempo finito é a distância total percorrida dividida pela duração do tempo.

Velocidade média

Diferente da velocidade instantânea, a velocidade média é definida como a distância total percorrida dividida pelo intervalo de tempo. Por exemplo, se uma distância de 80 quilômetros é percorrida em 1 hora, a velocidade média é de 80 quilômetros por hora. Da mesma forma, se 320 quilômetros são percorridos em 4 horas, a velocidade média também é de 80 quilômetros por hora. Quando uma distância em quilômetros (km) é dividida por um tempo em horas (h), o resultado é em quilômetros por hora (km / h).

A velocidade média não descreve as variações de velocidade que podem ter ocorrido durante intervalos de tempo mais curtos (pois é toda a distância percorrida dividida pelo tempo total de viagem) e, portanto, a velocidade média costuma ser bem diferente de um valor de velocidade instantânea. Se a velocidade média e o tempo de viagem forem conhecidos, a distância percorrida pode ser calculada reorganizando a definição para

Usando esta equação para uma velocidade média de 80 quilômetros por hora em uma viagem de 4 horas, a distância percorrida é de 320 quilômetros.

Expresso em linguagem gráfica, a inclinação de uma linha tangente em qualquer ponto de um gráfico de distância-tempo é a velocidade instantânea neste ponto, enquanto a inclinação de uma linha de corda do mesmo gráfico é a velocidade média durante o intervalo de tempo coberto pelo acorde. A velocidade média de um objeto é Vav = s ÷ t

Diferença entre velocidade e velocidade

A velocidade denota apenas o quão rápido um objeto está se movendo, enquanto a velocidade descreve a velocidade e a direção em que o objeto está se movendo. Se for dito que um carro se desloca a 60 km / h, sua velocidade foi especificada. No entanto, se for dito que o carro se move a 60 km / h para o norte, sua velocidade agora foi especificada.

A grande diferença pode ser percebida quando se considera o movimento em torno de um círculo . Quando algo se move em um caminho circular e retorna ao seu ponto inicial, sua velocidade média é zero, mas sua velocidade média é encontrada dividindo a circunferência do círculo pelo tempo necessário para se mover ao redor do círculo. Isso porque a velocidade média é calculada considerando apenas o deslocamento entre os pontos inicial e final, enquanto a velocidade média considera apenas a distância total percorrida.

Velocidade tangencial

A velocidade linear é a distância percorrida por unidade de tempo, enquanto a velocidade tangencial (ou velocidade tangencial) é a velocidade linear de algo se movendo ao longo de um caminho circular. Um ponto na borda externa de um carrossel ou plataforma giratória percorre uma distância maior em uma rotação completa do que um ponto mais próximo do centro. Viajar uma distância maior ao mesmo tempo significa uma velocidade maior e, portanto, a velocidade linear é maior na borda externa de um objeto em rotação do que perto do eixo. Essa velocidade ao longo de um caminho circular é conhecida como velocidade tangencial porque a direção do movimento é tangente à circunferência do círculo. Para movimento circular, os termos velocidade linear e velocidade tangencial são usados ​​alternadamente, e ambos usam unidades de m / s, km / h e outros.

A velocidade de rotação (ou velocidade angular ) envolve o número de revoluções por unidade de tempo. Todas as partes de um carrossel rígido ou de uma plataforma giratória giram em torno do eixo de rotação na mesma quantidade de tempo. Assim, todas as peças compartilham a mesma taxa de rotação, ou o mesmo número de rotações ou revoluções por unidade de tempo. É comum expressar as taxas de rotação em revoluções por minuto (RPM) ou em termos do número de "radianos" girados em uma unidade de tempo. Existem pouco mais de 6 radianos em uma rotação completa ( exatamente 2 π radianos). Quando uma direção é atribuída à velocidade de rotação, ela é conhecida como velocidade de rotação ou velocidade angular . A velocidade de rotação é um vetor cuja magnitude é a velocidade de rotação.

A velocidade tangencial e a velocidade rotacional estão relacionadas: quanto maiores os RPMs, maior a velocidade em metros por segundo. A velocidade tangencial é diretamente proporcional à velocidade de rotação a qualquer distância fixa do eixo de rotação. No entanto, a velocidade tangencial, ao contrário da velocidade de rotação, depende da distância radial (a distância do eixo). Para uma plataforma girando com uma velocidade de rotação fixa, a velocidade tangencial no centro é zero. Em direção à borda da plataforma, a velocidade tangencial aumenta proporcionalmente à distância do eixo. Em forma de equação:

onde v é a velocidade tangencial e ω (letra grega ômega ) é a velocidade rotacional. Um se move mais rápido se a taxa de rotação aumentar (um valor maior para ω), e também se move mais rápido se ocorrer um movimento para longe do eixo (um valor maior para r ). Mova-se duas vezes mais longe do eixo de rotação no centro e você se moverá duas vezes mais rápido. Mova-se três vezes mais longe e você terá três vezes mais velocidade tangencial. Em qualquer tipo de sistema de rotação, a velocidade tangencial depende de quão longe você está do eixo de rotação.

Quando unidades adequadas são usadas para velocidade tangencial v , velocidade rotacional ω e distância radial r , a proporção direta de v para r e ω torna-se a equação exata

Assim, a velocidade tangencial será diretamente proporcional a r quando todas as partes de um sistema simultaneamente tiverem o mesmo ω, como para uma roda, disco ou bastão rígido.

Unidades

As unidades de velocidade incluem:

Conversões entre unidades comuns de velocidade
em km / h mph ft / s
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 = 0,514 444 * 1.852 1.150 779 * 1 1.687 810 *
1 ft / s = 0,3048 1.097 28 0,681 818 * 0,592 484 * 1

(* = valores aproximados)

Exemplos de diferentes velocidades

Velocidade em ft / s km / h mph Notas
Taxa aproximada de deriva continental 0,000 000 01 0,000 000 03 0,000 000 04 0,000 000 02 4 cm / ano. Varia dependendo da localização.
Velocidade de um caracol comum 0,001 0,003 0,004 0,002 1 milímetro por segundo
Uma caminhada rápida 1,7 5,5 6,1 3,8
Um típico ciclista de estrada 4,4 14,4 16 10 Varia amplamente por pessoa, terreno, bicicleta, esforço, clima
Um chute rápido de artes marciais 7,7 25,2 27,7 17,2 Chute mais rápido registrado em 130 milissegundos do chão ao alvo a 1 metro de distância. Velocidade de velocidade média durante a duração do chute
Corredores de velocidade 12,2 40 43,92 27 Usain Bolt é 100 metros recorde mundial .
Velocidade média aproximada de ciclistas de estrada 12,5 41,0 45 28 Em terreno plano, irá variar
Limite de velocidade suburbana típica na maior parte do mundo 13,8 45,3 50 30
Elevador observatório Taipei 101 16,7 54,8 60,6 37,6 1010 m / min
Limite de velocidade rural típico 24,6 80,66 88,5 56
Limite de velocidade nacional britânico (faixa de rodagem única) 26,8 88 96,56 60
Furacão de categoria 1 33 108 119 74 Velocidade mínima sustentada ao longo de 1 minuto
Velocidade média de pico de uma chita 33,53 110 120,7 75
Limite de velocidade em uma autoestrada francesa 36,1 118 130 81
Velocidade humana mais alta registrada 37,02 121,5 133,2 82,8 Sam Whittingham em uma bicicleta reclinada
Velocidade média de espirro humano 44,44 145,82 160 99,42
Velocidade do focinho de um marcador de paintball 90 295 320 200
Velocidade de cruzeiro de um jato de passageiros Boeing 747-8 255 836 917 570 Mach 0,85 em35 000  pés (10 668  m ) altitude
Velocidade de uma bala de rifle longo calibre .22 326,14 1070 1174,09 729,55
O recorde oficial de velocidade terrestre 341,1 1119,1 1227,98 763
A velocidade do som no ar seco à pressão ao nível do mar e 20 ° C 343 11: 25h 1235 768 Mach 1 por definição. 20 ° C = 293,15  kelvins .
Velocidade do focinho de um cartucho de 7,62 × 39 mm 710 2330 2600 1600 O cartucho de 7,62 × 39 mm é um cartucho de rifle de origem soviética
Recorde oficial de velocidade no ar de voo para aeronaves com motor a jato 980 3215 3530 2194 Lockheed SR-71 Blackbird
Ônibus espacial na reentrada 7800 25 600 28 000 17.500
Velocidade de escape na Terra 11 200 36 700 40 000 25 000 11,2 km · s −1
Velocidade relativa da Voyager 1 para o Sol em 2013 17 000 55 800 61 200 38 000 Velocidade de recessão heliocêntrica mais rápida de qualquer objeto feito pelo homem. (11 mi / s)
Velocidade orbital média do planeta Terra em torno do Sol 29 783 97 713 107 218 66 623
A velocidade mais rápida registrada das sondas Helios . 70.220 230.381 252.792 157.078 Reconhecida como a velocidade mais rápida alcançada por uma espaçonave feita pelo homem, alcançada em órbita solar .
Velocidade da luz no vácuo (símbolo c ) 299 792 458 983 571 056 1 079 252 848 670 616 629 Exatamente 299 792 458  m / s , por definição do metro


Psicologia

Segundo Jean Piaget , a intuição para a noção de velocidade no ser humano antecede a de duração e se baseia na noção de distanciamento. Piaget estudou esse assunto inspirado por uma pergunta que lhe foi feita em 1928 por Albert Einstein : "Em que ordem as crianças adquirem os conceitos de tempo e velocidade?" O conceito inicial de velocidade das crianças é baseado em "ultrapassagem", levando apenas as ordens temporais e espaciais em consideração, especificamente: "Um objeto em movimento é considerado mais rápido do que outro quando em um determinado momento o primeiro objeto está atrás e a um momento ou mais mais tarde, à frente do outro objeto. "

Veja também

Referências

  • Richard P. Feynman , Robert B. Leighton, Matthew Sands. The Feynman Lectures on Physics , Volume I, Section 8–2. Addison-Wesley , Reading, Massachusetts (1963). ISBN  0-201-02116-1 .