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: