هرچند که در زندگی روزمره سرعت و سرعت برداری اغلب به جای یکدیگر استفاده می شوند، اما در فیزیک بیانگر کمیت های متفاوتی هستند.
سرعت چیست؟
سرعت مشخص می کند که یک شیء نسبت به یک نقطه مرجع چه قدر سریع حرکت می کند. سرعت جهت ندارد و کمیت مقداری یا اسکالر در نظر گرفته می شود. بنابراین بیان می کند که یک شیء چه قدر سریع حرکت می کند و فاصله ای را طی می کند.
شیئی که سریع حرکت می کند، فاصله نسبتاً زیادی را در مدت زمان کوتاهی طی می کند. در مقابل شیئی که آهسته حرکت می کند در همان مدت زمان فاصله نسبتاً کمی را طی می کند. سرعت شیئی که هیچ حرکتی ندارد صفر است.
سرعت را می توان با استفاده از فرمول کرلی نشان داد:
سرعت = فاصله / زمان (فاصله تقسیم بر زمان)
یا
s = d/t
سرعت به صورت مایل بر ساعت یا کیلومتر بر ساعت نشان داده می شود. معمولاً با همین روش هم سرعت یک خودرو اندازه گیری می شود. در فیزیک به طور کلی واحد استاندارد اندازه گیری سرعت، متر بر ثانیه یا m/s است.
با اندازه گیری سرعت می توان دو کمیت اسکالر متفاوت را بیان کرد:
- سرعت لحظه ای - سرعت یک شیء در یک لحظه معین است. خودرو ممکن است در این لحظه با سرعت 80 کیلومتر در ساعت در حال حرکت باشد، اما سرعتش در طول ساعت بعد کم یا زیاد شود.
- سرعت متوسط - سرعت متوسط براساس فاصله ای که یک شیء در مدتی معین می پیماید محاسبه می شود. اگر خودرویی مسیر80 کیلومتری را در یک ساعت بپیماید سرعت متوسطش 80 کیلومتر در ساعت است. ممکن است که این خودرو با سرعت های لحظه ای 64 کیلومتر در ساعت و 97 کیلومتر در ساعت حرکت کرده باشد اما سرعت متوسط آن 80 کیلومتر در ساعت است.
سرعت بُرداری چیست؟
سرعت برداری چنان که از نامش برمی آید کمیتی برداری است و به اندازه تغییر در موقعیت یک شیء اطلاق می شود. سرعت برداری مقدار (سرعت) و جهت دارد. فردی را تصور کنید که به سرعت در حال حرکت است. وی یک گام به جلو و یک گام به عقب برمی دارد. در نتیجه همیشه به موقعیت شروع برمی گردد. بنابراین سرعت برداری آن صفر است.
از آنجایی که وی همیشه به موقعیت اصلی اش برمی گردد، تغییر موقعیت نمی دهد. از آن جایی که سرعت برداری به اندازه تغییر در موقعیت یک شیء تعریف می شود بنابراین نتیجه می گیریم سرعت برداری آن صفر است.
اگر فرد در حال حرکت تمایل داشته باشد سرعت برداری اش را به حداکثر برساند، پس باید تلاش کند از موقعیت اصلی اش جابجا شود و مقدار این جابجایی را به حداکثر برساند. هر گامی که برمی دارد به گونه ای باشد که از نقطه آغاز دور شود. به طور مشخص فرد هرگز نباید جهتش را تغییر دهد و شروع به بازگشت به موقعیت اصلی اش کند. سرعت برداری با فرمول زیر نشان داده می شود:
سرعت برداری = تغییر در فاصله / تغییر در زمان
سرعت برداری= Δx/Δt
واحد اندازه گیری سرعت برداری همان واحد اندازه گیری سرعت است. واحد استاندارد اندازه گیری سرعت برداری هم متر بر ثانیه یا m/s است.
چه تفاوتی بین سرعت و سرعت برداری وجود دارد؟
سرعت برداری سرعت یک شیء به علاوه جهت آن است. چنان که گفته شد سرعت یک کمیت اسکالر است در حالی که سرعت برداری یک کمیت برداری است.
هنگام ارزیابی سرعت برداری باید پیگیر جهت آن نیز باشیم. این کافی نیست بگوییم شیئی سرعت برداری 55 کیلومتر بر ساعت دارد بلکه باید اطلاعات جهت را نیز لحاظ کنیم. به این وسیله سرعت برداری یک جسم را توصیف می کنیم. به عنوان مثال، باید سرعت برداری یک شیء را به صورت 55 کیلومتر بر ساعت به شرق توصیف کنیم. این یکی از تفاوت های اساسی بین سرعت و سرعت برداری است. در حالی که چنان که گفتیم سرعت یک کمیت اسکالر است و جهت در آن لحاظ نمی شود.
سرعت نور
سریع ترین سرعت ممکن در جهان سرعت نور است. سرعت نور 299792458 متر بر ثانیه است. در فیزیک این عدد با حرف «C» نمایش داده می شود.
حقایق خواندنی درباره سرعت و سرعت برداری
- اولین دانشمندی که سرعت را به صورت طی فاصله در طول زمان اندازه گیری کرد گالیله بود.
- سرعت سنج مثالی عالی از سرعت لحظه ای است.
- سرعت صوت در هوای خشک 343.2 متر بر ثانیه است.
- سرعت برداری فرار از زمین، سرعتی است که برای فرار از کشش گرانشی زمین مورد نیاز است. این سرعت 40234 کیلومتر بر ساعت است.
