速度
| 速度 | |
|---|---|
 速度は、物体が距離を移動する速度と考えることができます。速く移動する物体は速度が速く、一定の時間内に比較的長い距離を移動しますが、遅く移動する物体は同じ時間内に比較的短い距離しか移動しません。 | |
一般的な記号 | v |
| SI単位 | m/s、m s −1 |
| 寸法 | L T −1 |
運動学において、物体の速度（一般にvと呼ばれる）は、時間経過に伴う物体の位置の変化の大きさ、または単位時間あたりの位置の変化の大きさであり、負でないスカラー量です。[1]時間間隔における物体の平均速度は、物体が移動した距離を時間間隔の長さで割ったものです。[ 2 ]瞬間速度は、時間間隔の長さがゼロに近づくにつれて平均速度が限界に達します。速度は速度（ベクトル）の大きさであり、運動の方向も示します。
速度は距離を時間で割ったものです。SI単位系の速度はメートル毎秒（m/s）ですが、日常的に最も一般的に使用される速度の単位はキロメートル毎時（km/h）、または米国と英国ではマイル毎時（mph）です。航空および海上輸送では、ノットが一般的に使用されます。
特殊相対性理論によれば、エネルギーまたは情報が移動できる最速の速度は、真空中の光速c =299,792,458メートル毎秒（約 1,079,000,000 km/hまたは671,000,000 mph ）。物質は光速に達することはできません。無限のエネルギーが必要になるからです。相対性物理学では、速度の古典的な概念に代わって、急速性の概念が使用されています。
定義
歴史的定義
イタリアの物理学者ガリレオ・ガリレイは、移動距離と所要時間を考慮して速度を初めて測定した人物として知られています。ガリレオは速度を単位時間あたりの移動距離と定義しました。[3]方程式で表すと、 v = d t, {\displaystyle v={\frac {d}{t}},} となり、は速度、は距離、は時間です。例えば、2秒間で30メートルを移動する自転車の速度は毎秒15メートルです。運動中の物体は速度が変動することがよくあります（車は道路を時速50kmで走行し、0km/hまで減速してから時速30kmに達することがあります）。
瞬間速度
ある瞬間の速度、または非常に短い時間で一定であると仮定された速度は、瞬間速度と呼ばれます。速度計を見れば、車の瞬間速度をいつでも読み取ることができます。[3]時速50kmで走行する車は、通常、一定速度で1時間未満しか進みませんが、もし1時間その速度で走行すると、50km走行することになります。もし車がその速度で30分間走行し続ければ、その半分の距離（25km）を走行することになります。もし1分間だけ走行し続ければ、約833mを走行することになります
数学的には、瞬間速度は瞬間速度の大きさ、つまり時間に対する位置の微分として定義されます。[2] [4]
が時刻まで移動した経路の長さ（距離とも呼ばれる）である場合、速度は の時間微分に等しくなります。[2]
速度が一定（つまり、直線上で一定速度）である特殊なケースでは、これは次のように簡略化できます。
平均速度
瞬間速度とは異なり、平均速度は走行距離を時間間隔で割ったものとして定義されます。たとえば、80キロメートルを1時間で走行する場合、平均速度は時速80キロメートルです。同様に、320キロメートルを4時間で移動する場合、平均速度も時速80キロメートルです。キロメートル単位の距離（km）を時間（h）で割ると、結果はキロメートル毎時（km/h）になります
平均速度は、短い時間間隔で発生した速度の変化を表すものではありません（移動距離全体を移動時間で割った値であるため）。そのため、平均速度は瞬間速度の値とは大きく異なることがよくあります。[3]平均速度と移動時間がわかっている場合、定義を次のように変形することで移動距離を計算できます。
この式を平均速度80キロメートルで4時間の旅行に適用すると、移動距離は320キロメートルになります
グラフ言語で表現すると、距離と時間のグラフの任意の点における接線の傾きはその点における瞬間速度であり、同じグラフの弦線の傾きはその弦がカバーする時間間隔における平均速度です。
速さと速度の違い
速さは物体がどれだけ速く動いているかのみを示しますが、速度は物体がどれだけ速く、どの方向に動いているかの両方を示します。[5]車が時速60kmで移動していると言われる場合、その速度は特定されています。しかし、車が時速60kmで北に向かって移動していると言われる場合、その速度は特定されています
大きな違いは、円周運動を考えるときです。何かが円軌道を移動して出発点に戻るとき、その平均速度はゼロですが、平均速度は円周を円周を移動するのにかかる時間で割ることで求められます。これは、平均速度は出発点と終点の間の変位のみを考慮して計算されるのに対し、平均速度は移動した総距離のみを考慮するためです。
接線速度
単位
速度の単位には以下が含まれます。
- SI組立単位であるメートル毎秒（記号 m s -1または m/s）
- キロメートル毎時（記号 km/h）
- 時速マイル（記号：mi/hまたはmph）
- ノット（時速海里、記号：knまたはkt）
- 秒速フィート（記号：fpsまたはft/s）
- マッハ数（無次元）、速度÷音速
- 自然単位（無次元）、速度÷真空中の光速（記号c =299 792 458 m/s）
| m/s | km/h | mph（mi/h） | ノット | fps（ft/s） | |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 m/s = | 1 | 3.600 000 | 2.236 936 * | 1.943 844 * | 3.280 840 * |
| 1 km/h = | 0.277 778 * | 1 | 0.621 371 * | 0.539 957 * | 0.911 344 * |
| 1 mph（mi/h） = | 0.447 04 | 1.609 344 | 1 | 0.868 976 * | 1.466 667 * |
| 1ノット= | 0.514 444 * | 1.852 | 1.150 779 * | 1 | 1.687 810 * |
| 1 fps (フィート/秒) = | 0.3048 | 1.097 28 | 0.681 818 * | 0.592 484 * | 1 |
（* = おおよその値）
異なる速度の例
| 速度 | m/s | フィート/秒 | km/h | 時速 | 注記 |
|---|---|---|---|---|---|
| 世界平均海面上昇 | 0.000 000 000 11 | 0.000 000 000 36 | 0.000 000 0004 | 0.000 000 000 25 | 3.5 mm/年[7] |
| 大陸移動のおおよその速度 | 0.000 000 0013 | 0.000 000 0042 | 0.000 000 0045 | 0.000 000 0028 | 4cm/年。場所によって異なります。 |
| 一般的なカタツムリの速度 | 0.001 | 0.003 | 0.004 | 0.002 | 毎秒1ミリメートル |
| 早歩き | 1.7 | 5.5 | 6.1 | 3.8 | |
| 一般的なロードサイクリスト | 4.4 | 14.4 | 16 | 10 | 人、地形、自転車、努力、天候によって大きく異なります |
| 格闘技の素早いキック | 7.7 | 25.2 | 27.7 | 17.2 | 1メートルの距離で床から標的まで130ミリ秒で記録された最速キック。キック時間全体にわたる平均速度[8] |
| 短距離走者 | 12.2 | 40 | 43.92 | 27 | ウサイン・ボルトの100メートル 世界記録 |
| ロードレースサイクリストのおおよその平均速度 | 12.5 | 41.0 | 45 | 28 | 平坦な地形では変動します |
| 世界のほとんどの都市における郊外の一般的な制限速度 | 13.8 | 45.3 | 50 | 30 | |
| 台北101展望台エレベーター | 16.7 | 54.8 | 60.6 | 37.6 | 1010 m/分 |
| 地方の一般的な制限速度 | 24.6 | 80.66 | 88.5 | 56 | |
| 英国の全国制限速度（片側一車線） | 26.8 | 88 | 96.56 | 60 | |
| カテゴリー1のハリケーン | 33 | 108 | 119 | 74 | 1分間の最小持続速度 |
| チーター平均最高速度 | 33.53 | 110 | 120.7 | 75 | |
| フランスの高速道路の制限速度 | 36.1 | 118 | 130 | 81 | |
| 人力による最高速度記録 | 37.02 | 121.5 | 133.2 | 82.8 | リカンベント自転車に乗ったサム・ウィッティンガム[9] |
| 人間のくしゃみの平均速度 | 44.44 | 145.82 | 160 | 99.42 | |
| ペイントボールマーカーの銃口速度 | 90 | 295 | 320 | 200 | |
| ボーイング747-8型機の巡航速度 | 255 | 836 | 917 | 570 | マッハ0.85で 高度35,000フィート( 10,668メートル) |
| .22口径ロングライフルのの速度 | 326.14 | 1070 | 1174.09 | 729.55 | |
| 公式の陸上速度記録 | 341.1 | 1119.1 | 1227.98 | 763 | |
| 海面気圧、20℃の乾燥空気中の音速 | 343 | 1125 | 1235 | 768 | 定義上、マッハ1。20 ℃ = 293.15 ケルビン |
| 7.62×39mm弾の銃口速度 | 710 | 2330 | 2600 | 1600 | 7.62×39mm弾はソビエト連邦製のライフル弾です |
| ジェットエンジン搭載航空機の公式飛行速度記録 | 980 | 3215 | 3530 | 2194 | ロッキードSR-71 ブラックバード |
| スペースシャトルの大気圏再突入 | 7800 | 25600 | 28000 | 17500 | |
| 地球からの脱出速度 | 11200 | 36700 | 40000 | 25000 | 11.2 km/s |
| 2013年のボイジャー1号の太陽に対する相対速度 | 17000 | 55800 | 61200 | 38000 | 人工物の中で最も速い太陽中心からの遠ざかる速度。[10] (秒速11マイル) |
| 地球の太陽の周りの平均公転速度 | 29783 | 97713 | 107218 | 66623 | |
| ヘリオス探査機の最高速度記録 | 70220 | 230381 | 252,792 | 157,078 | 太陽軌道上で達成された、人工宇宙船による最速速度として認められています。 |
| 銀河中心に対する太陽の公転速度 | 251,000 | 823,000 | 904,000 | 561,000 | |
| 宇宙背景放射（CMB）に対する銀河の速度 | 550,000 | 1,800,000 | 2,000,000 | 1,240,000 | |
| 真空中の光速（記号c ） | 299792458 | 983571056 | 1079252848 | 670616629 | Exactly 299792458 m/s, by definition of the metre |
| Speed | m/s | ft/s | km/h | mph | Notes |
Psychology
ジャン・ピアジェによると、人間における速度の概念に対する直観は持続時間の概念に先行し、追い越しの概念に基づいています。[11]ピアジェは、1928年にアルバート・アインシュタインから尋ねられた質問に触発されて、この主題を研究しました。「子供たちはどのような順序で時間と速度の概念を獲得するのでしょうか？」[12]子供たちの初期の速度の概念は、「追い越し」に基づいており、時間的および空間的な順序のみを考慮しています。具体的には、「ある瞬間に最初の物体が他の物体の後ろにあり、1秒ほど後に他の物体の前にある場合、その物体は他の物体よりも速いと判断されます。」[13]
参照
参考文献
- ^ 「速度／速度という用語の起源」。科学と数学の歴史 Stack Exchange 。2023年6月12日閲覧。1882年、テイト教授による速度／速度という用語の導入。
- ^ abc Elert, Glenn. 「速度と速度」。物理学ハイパーテキストブック。2017年6月8日閲覧。
- ^ abc Hewitt 2007, p. 42
- ^ 「IEC 60050 - IEV番号113-01-33の詳細：「速度」」。エレクトロペディア：世界のオンライン電気技術用語集。2017年6月8日閲覧
- ^ ウィルソン、エドウィン・ビッドウェル (1901).ベクトル解析：J・ウィラード・ギブスの講義に基づいた数学と物理学の学生のための教科書。イェール大学200周年記念出版。C. スクリブナーズ・サンズ。125ページ。hdl :2027/mdp.39015000962285.これは、ベクトル物理学における速度という用語の起源であると考えられます。
- ^ ヒューイット 2007, 131ページ
- ^ NASAゴダード宇宙飛行センター。「衛星海面観測」。地球規模の気候変動。NASA 。2022年4月20日閲覧
- ^ 「格闘技のキックスピード向上｜素早いキックを身につけよう！」。2013年11月11日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2013年8月14日閲覧。
- ^ 「リカンベント自転車・人力車両情報センター」。2013年8月11日時点のオリジナルよりアーカイブ。2013年10月12日閲覧
- ^ ダーリング、デイビッド。「最速の宇宙船」 。 2013年8月19日閲覧。
- ^ ジャン・ピアジェ、『心理学と認識論：知識の理論に向けて』、ヴァイキング・プレス、82～83ページおよび110～112ページ、1973年。SBN 670-00362-x
- ^ロバート・S・シーグラー、ディーン・リチャーズ（1979年）「時間 、速度、距離の概念の発達」（PDF）。発達心理学。15 （3）：288～ 298。doi ：10.1037/0012-1649.15.3.288
- ^ 幼児教育：歴史と伝統、第1巻。Taylor & Francis。2006年。164ページ。ISBN 9780415326704。
- Hewitt, PG (2007). Conceptual Physics. Pearson Education. ISBN 978-81-317-1553-6。2023年7月20日閲覧。
- Richard P. Feynman , Robert B. Leighton, Matthew Sands. The Feynman Lectures on Physics , Volume I, Section 8–2. Addison-Wesley , Reading, Massachusetts (1963). ISBN 0-201-02116-1。
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