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平均速度和平均速率(物理小知識(shí):速度和速率)
速度和速率有時(shí)在現(xiàn)實(shí)生活中與在科學(xué)中的使用是不同的?!睹咳諓?ài)因斯坦》談?wù)摿怂俣群退俾识咧g的區(qū)別與相似點(diǎn)。
前陣子,語(yǔ)法女王和我討論了一些科學(xué)家眼里和許多常人眼中具體含義不一致的單詞,今天我想討論另外一組大多數(shù)人使用的含義和科學(xué)含義不同的術(shù)語(yǔ):速度和速率。
對(duì)速度的需求速度是用來(lái)測(cè)量給定的時(shí)間內(nèi)所通過(guò)的路程,英里每小時(shí)或者米每秒都是速度的度量單位,需要注意的是以上兩種度量單位都是以每個(gè)“時(shí)間段”多遠(yuǎn)的“距離”來(lái)表示的,每次你看到這種形式的描述,你可能正在談?wù)撍俣取?/p>
圖解:當(dāng)賽車(chē)進(jìn)入曲線(xiàn)軌道時(shí),方向已經(jīng)發(fā)生變化,所以它們的速度不是常數(shù)。
有兩種考慮速度的方式:平均速度和瞬時(shí)速度。記錄你所走的距離并且除以你所用的時(shí)間。因此如果你今天走了50英里并且你花了五個(gè)小時(shí)來(lái)完成,你可以說(shuō)是你的平均速度是“每5個(gè)小時(shí)50英里”。
圖解:汽車(chē)行駛一段路程除以所需時(shí)間為它的平均速率。
當(dāng)然,這樣說(shuō)來(lái)有點(diǎn)奇怪,因此大多數(shù)的人會(huì)通過(guò)兩邊同時(shí)除以5的方式來(lái)簡(jiǎn)化,從而可以得出每小時(shí)的平均路程。在這種情況下,你將得到的速度是每小時(shí)10英里。
瞬時(shí)速度描述的是某一特定時(shí)刻的速度。如果你在開(kāi)車(chē),你只需要看看速度表(速度表的字面意思即是“測(cè)速儀”),就可以計(jì)算出你的瞬時(shí)速度。如果測(cè)速儀顯示的是每小時(shí)50英里,那么在你看到它的那一刻,你的瞬時(shí)速度就是每小時(shí)50英里(顯而易見(jiàn)地)。
如果你身邊沒(méi)有測(cè)速儀,那么你仍然可以利用微積分計(jì)算出你的瞬時(shí)速度,但是那將會(huì)變得有一點(diǎn)點(diǎn)的棘手。
不太便利的“距離——時(shí)間”圖正如你可能想象得到的,有許多事情會(huì)影響到你的平均速度。讓我們來(lái)舉個(gè)例子,你早先決定開(kāi)啟一定會(huì)令人印象深刻的50英里的步行,但是你決定在第二個(gè)小時(shí)結(jié)束時(shí)停下來(lái)稍稍休息一下,結(jié)果在第二個(gè)小時(shí)里,你完成了僅僅只有大約8英里。
就好比一次糟糕的考試成績(jī)會(huì)拉低你的平均成績(jī)一樣,在途中你所走過(guò)的距離越少,你的平均速度將會(huì)越低。
為了讓這些速度的變化變得可視化,你可以做的一件事情就是運(yùn)用距離-時(shí)間圖。這是一個(gè)沿著縱軸來(lái)繪制旅行的距離、沿著橫軸來(lái)繪制旅行開(kāi)始以來(lái)所經(jīng)過(guò)的時(shí)間的“距離-時(shí)間”圖。
如果你用這張圖來(lái)畫(huà)出每小時(shí)的距離,你可以在兩點(diǎn)之間畫(huà)一條直線(xiàn)來(lái)查看你的速度隨時(shí)間變化的可視化記錄。
我不是“王者”,我是“矢量”!如果你觀察到在距離-時(shí)間圖上有多陡峭(專(zhuān)業(yè)上稱(chēng)作“斜率”),你可以據(jù)此算出你的速率。
在科學(xué)中,速率是用來(lái)記錄物體位置變化的快慢。拿我們走路的例子來(lái)說(shuō),你的速度50英里每小時(shí)的事實(shí)描述的是你走得有多快,但是不能描述有關(guān)于你的位置變化的情況。你是按照直線(xiàn)走的,還是在街道上彎彎曲曲地走,還是在兜圈子呢?以上的這些情況速度都是可以達(dá)到相同的,但是速率確是不一樣的。
速度是用一定時(shí)間內(nèi)所走的距離來(lái)衡量的,然而速率是描述某物在一定時(shí)間內(nèi)的位移的多少。速率是科學(xué)家通常所稱(chēng)的一種矢量——一個(gè)包含了數(shù)字(或大?。┖头较虻木哂袦y(cè)量性質(zhì)的內(nèi)含豐富的名稱(chēng)。
如果你朝正北方向走了10公里并且花了你一個(gè)小時(shí),你的平均速度是每小時(shí)10英里,然而你的平均瞬時(shí)速度是朝正北方向每小時(shí)10英里。
需要牢記在心底的是,速度是測(cè)量在給定的時(shí)間內(nèi),你走了多遠(yuǎn);然而速率測(cè)量的是在特定時(shí)間里你的位移。
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