Die Geschwindigkeit ist das Maß für die Geschwindigkeit, mit der ein Objekt seine Position ändert. Obwohl es oft mit Geschwindigkeit verwechselt wird, ist für diese Messung die Bewegungsrichtung des Objekts erforderlich. Es gibt viele verschiedene Arten von Geschwindigkeitsmessungen, einschließlich Durchschnitts-, Momentan-, Beschleunigungs-, Radial- und Winkelmessungen. Es ist ein grundlegendes Konzept der Physik und hat viele Anwendungen im täglichen Leben.
Geschwindigkeit versus Geschwindigkeit
Die Begriffe Geschwindigkeit und Geschwindigkeit werden oft verwechselt und in manchen Situationen synonym verwendet. Dies ist jedoch technisch falsch, da die Geschwindigkeit die Verschiebung eines Objekts – also den Abstand zwischen Start- und Endpunkt – berücksichtigt, die Geschwindigkeit jedoch nicht. Wenn nur die zurückgelegte Strecke und die Zeit berücksichtigt werden, wird die Geschwindigkeit gemessen.
Geschwindigkeit ist eine skalare Größe, was bedeutet, dass sie eine einfache Menge von etwas ist; es beinhaltet nur, wie schnell sich etwas bewegt. Wissenschaftlich wird die Geschwindigkeit oft in Metern pro Sekunde gemessen, obwohl sowohl die Einheiten als auch die Zeit bei anderen Anwendungen variieren; ein Auto, das beispielsweise mit 60 Meilen pro Stunde (mph) oder 96.5 Kilometer pro Stunde (km/h) fährt, bewegt sich mit einer bestimmten Geschwindigkeit. Es ist nur die Bewegungsgeschwindigkeit erforderlich – wie weit sich das Objekt über eine bestimmte Zeit bewegt. Das ist die Formel für die Geschwindigkeit:
Geschwindigkeit = Distanz / Zeit
Geschwindigkeit ist eine Vektorgröße, also beinhaltet sie nicht nur den Betrag, sondern auch, wie sie sich im Raum bewegt – die Richtung. Die Richtung wird durch die Verschiebung bestimmt, d. h. die Entfernung zwischen dem Startpunkt und dem Stopppunkt des Objekts. Dies entspricht nicht unbedingt der zurückgelegten Strecke; Wenn Punkt A und Punkt B 2 km voneinander entfernt sind, aber eine Person einen 3.5 km langen Weg zurücklegt, um von A nach B zu gelangen, beträgt die Verschiebung immer noch 2 km. Bei der Beschreibung dieser Messung muss die Richtung von Punkt A nach B angegeben werden, z. B. „1.4 Meter pro Sekunde, Norden“.
Dies ist die Formel für die Geschwindigkeit:
Geschwindigkeit = Weg / Zeit
Da die Geschwindigkeit die zurückgelegte Entfernung nicht berücksichtigt, können die Durchschnittsgeschwindigkeit eines Objekts und seine Durchschnittsgeschwindigkeit sehr unterschiedlich sein. Wenn eine Person in 3.5 Minuten einen 45 km langen Weg von Punkt A nach Punkt B zurücklegt, hat sie eine Durchschnittsgeschwindigkeit von 4.66 km/h. Beträgt die Verschiebung zwischen A und B jedoch nur 2 km nach Norden, beträgt ihre Durchschnittsgeschwindigkeit 2.66 km/h nach Norden.
Momentan und Konstant
Es gibt zwei grundlegende Möglichkeiten, die Geschwindigkeit eines Objekts anzugeben. Die momentane Geschwindigkeit ist die Geschwindigkeit und Richtung, in der sich das Objekt zu einem bestimmten Zeitpunkt bewegt, während die konstante (oder durchschnittliche) Geschwindigkeit ist, wenn sich etwas im Laufe der Zeit mit der gleichen Geschwindigkeit und Richtung bewegt. Zum Beispiel kann eine Frau zu einem bestimmten Zeitpunkt, wenn sie in diese Richtung geht, eine Momentangeschwindigkeit von 1.4 m/s nach Osten haben. Damit dies eine konstante Geschwindigkeit ist, muss sie noch einige Zeit in dieser Richtung in diesem Tempo gehen. Wenn sie die Richtung ändert oder auf einer Kreisbahn geht, die sie zu ihrem Ausgangspunkt zurückführt, hat sie keine konstante Geschwindigkeit, weil sie sich nicht mit der gleichen Geschwindigkeit in die gleiche Richtung bewegt.
Acceleration
Der Begriff „Beschleunigung“ wird verwendet, um zu erklären, wie ein Objekt seine Geschwindigkeit im Laufe der Zeit ändert. Einfach ausgedrückt, beschleunigt oder verlangsamt sich das Objekt, aber da es sich um eine Vektorgröße handelt, muss auch die Richtung berücksichtigt werden. Ein Objekt, das selbst bei konstanter Geschwindigkeit seine Richtung ändert, ändert auch seine Beschleunigung. Da die Geschwindigkeit in Entfernung über die Zeit gemessen wird, z. B. m/s, wird die Beschleunigung in Entfernung über die Zeit oder in m/s2 gemessen.
In der Physik zeigen positiv (+) und negativ (-) normalerweise die Richtung an, nicht die Geschwindigkeit; Wenn also etwas eine negative Beschleunigung hat, verlangsamt es sich nicht unbedingt, sondern bewegt sich in eine bestimmte Richtung. Positiv ist normalerweise rechts oder oben, während negativ links oder unten ist.
Winkelgeschwindigkeit
Wenn sich ein Objekt auf seinen Ausgangspunkt zu oder von ihm weg bewegt, spricht man von einer radialen oder linearen Geschwindigkeit. Winkelgeschwindigkeit ist, wenn sich ein Objekt in einer Kreisbewegung um einen Mittelpunkt dreht. Wie bei anderen Typen wird es daran gemessen, wie weit das Objekt im Laufe der Zeit gereist ist. Da sich das Objekt auf einer Kreisbahn bewegt, kann der Winkelabstand in Bogenmaß, Grad oder Umdrehung gemessen werden. Obwohl das sich im Kreis bewegende Objekt zu seinem Ausgangspunkt zurückkehren kann, hat es eine Richtung – im Uhrzeigersinn (negativ) oder gegen den Uhrzeigersinn (positiv).