Velocity (prędkość)

Velocity – pojęcie fizyczne opisujące wielkość wektorową określającą ruch ciała w przestrzeni w jednostce czasu. W odróżnieniu od szybkości, która jest wielkością skalarną, velocity posiada zarówno wartość liczbową (moduł), jak i kierunek oraz zwrot.

Definicja

Velocity \(\vec{v}\) definiuje się jako pochodną wektora położenia \(\vec{r}(t)\) względem czasu:

\[
\vec{v} = \frac{d\vec{r}}{dt}
\]

Jednostką velocity w układzie SI jest metr na sekundę (m·s^-1).

Jednostki i przeliczenia

1 m·s^-1 = 3,6 km·h^-1
1 km·h^-1 = 0,27778 m·s^-1
Inne jednostki stosowane w lotnictwie i nawigacji: węzeł (kt·h^-1), mila morska na godzinę (mph)

Rodzaje ruchu a velocity

W zależności od charakteru zmiany wektora położenia wyróżnia się:

Ruch jednostajny – stały moduł i stały kierunek velocity.
Ruch przyspieszony – zmienia się moduł i/lub kierunek velocity.
Ruch po okręgu – wielkość velocity jest stała, ale jej kierunek nieustannie zmienia się, co wiąże się z przyspieszeniem dośrodkowym.

Zależność od sił

W fizyce velocity jest ściśle powiązana z działaniem sił poprzez drugie prawo Newtona:

\[
\vec{F} = m\,\frac{d\vec{v}}{dt}
\]

gdzie \(\vec{F}\) jest siłą wypadkową, a m masą ciała.

Zastosowania

Velocity odgrywa kluczową rolę w wielu dziedzinach:

Astronomia – określanie prędkości orbitalnej planet i satelitów.
Mechanika lądowa – analiza ruchu pojazdów, wyznaczanie prędkości maksymalnych.
Loty kosmiczne – planowanie trajektorii i manewrów.
Hydrodynamika – prędkość przepływu cieczy i gazów.
Medycyna – pomiar prędkości przepływu krwi (np. metodą dopplerowską).

Historia pojęcia

Pierwsze prace nad opisem ruchu, w tym pojęcia velocity, pojawiły się już w dziełach Galileusza (XVII wieku). Rozwój formalny nastąpił w XIX wieczu za sprawą Isaaca Newtona, którego trzy prawa dynamiki wprowadziły pojęcie przyspieszenia jako zmiany velocity w czasie.

Wzory i przekształcenia

Dla ruchu prostoliniowego jednostajnego:

\[
\vec{v} = \frac{\Delta \vec{r}}{\Delta t}
\]

Dla ruchu krzywoliniowego:

\[
\vec{v} = v\,\hat{t}
\]

gdzie \(\hat{t}\) jest jednostkowym wektorem stycznym do toru ruchu w danym punkcie.

Powiązane pojęcia

Więcej informacji znajdziesz w następujących artykułach: