Movatterモバイル変換

Prijeđi na sadržaj

Brzina

Uredi poveznice

Izvor: Wikipedija

Ovo je glavno značenje pojmaBrzina. Za druga značenja pogledajteBrzina (razdvojba).

Klasična mehanika

\mathbf {F} ={\frac {\mathrm {d} }{\mathrm {d} t}}(m\mathbf {v} )

drugi Newtonov zakon

povijest klasične mehanike
kronologija klasične mehanike

Grane
statika •dinamika/kinetika •kinematika •primjenjena mehanika •nebeska mehanika •mehanika kontinuuma •statistička mehanika

Formulacije
Newtonova mehanika (vektorska mehanika) analitička mehanika: Lagrangeova mehanika Hamiltonova mehanika

Osnovni koncepti
prostor •vrijeme •brzina •masa •ubrzanje •gravitacija •sila •impuls sile •spreg sila/moment sile •količina gibanja •kutna količina gibanja •tromost •moment tromosti •referentni okvir •energija •kinetička energija •potencijalna energija •rad •virtualni rad •D'Alembertovo načelo •princip stacionarnog djelovanja

Ključne teme

kruto tijelo •dinamika krutog tijela •Eulerove jednadžbe gibanja •gibanje •Newtonovi zakoni gibanja •Newtonov zakon gravitacije •jednadžbe gibanja •inercijski referentni okvir •neinercijski referentni okvir •rotirajući referentni okvir •fiktivna sila •mehanika ravninskog gibanja krutog tijela •pomak (vektor) •relativna brzina •trenje •jednostavno harmonijsko gibanje •harmonijski oscilator •vibracije •prigušenje •koeficijent prigušenja •Rotacijsko gibanje •Kružno gibanje •jednoliko kružno gibanje •nejednoliko kružno gibanje •centripetalna sila •centrifugalna sila •centrifugalna sila (rotacijski referentni okvir) •reaktivna centrifugalna sila •Coriolisov učinak •fizičko njihalo •rotacijska brzina •kutno ubrzanje •kutna brzina •kutna frekvencija •kutni pomak

Znanstvenici
Isaac Newton •Jeremiah Horrocks •Leonhard Euler •Jean le Rond d'Alembert •Alexis Clairaut •Joseph Louis Lagrange •Pierre-Simon Laplace •William Rowan Hamilton •Siméon-Denis Poisson

Osnovna podjelafizike, gdje brzina ima značajnu ulogu.

Brzina jevektorska fizikalna veličina koja opisuje kako se brzo i u kojemu smjeru neka točka (ili tijelo) giba, tj. mijenja položaj. Obilježava se malim slovomv, koji je početno slovo latinske riječi za brzinu,velocitas.Mjerna jedinica za brzinu uSI sustavu jemetar u sekundi (m/s). Uz nju, često se koriste i jedinice izvan toga sustava, na primjerkilometri na sat (km/h),čvorovi (brodskipromet),Machov broj itd.^[1]

Prosječni iznos brzine izračuna se tako da se prijeđeni put podijeli s utrošenim vremenom. U jednolikim gibanjima iznos brzine se ne mijenja, pa je to ujedno i točan (trenutni) iznos brzine.

Općenito, precizna i potpuna definicija brzine gibanja glasi:Brzina je derivacija vektora položaja po vremenu, a iznos brzine je derivacija prijeđenog puta po vremenu.

Značenja riječi brzina

[uredi |uredi kôd]

Riječ brzina uhrvatskom jeziku ima više različitih značenja, za koja se u nekim drugim jezicima koristi više različitih riječi (na primjer uengleskom,speed, velocity, rate). Zajedničko obilježje svih značenja riječibrzina jest da ona karakterizira odvijanje nekog procesa u vremenu po tome odvije li se isti dio procesa u kraćem ili duljem vremenskom intervalu. Na primjer:

brzina promjene položaja (eng.velocity) ili brzina prelaženja puta (engleskispeed) su pojmovi koji opisuju brzinu gibanja, i ta brzina je veća ako ako se neka promjena položaja dogodi ili ako se neki put prijeđe u kraćem vremenskom intervalu;

brzina promjene funkcije (eng.rate of change), kod funkcija jedne varijable znači isto što iderivacija funkcije, i ona je kod funkcija vremena po iznosu veća ako se ista promjenafunkcije dogodi u kraćem vremenskom intervalu (za druge varijable lako se primijeni analogija s odgovarajućim intervalima);

brzina vršenja rada označavasnagu, i ona je veća ako se istirad obavi u kraćem vremenskom intervalu (što je primjer deriviranja funkcije po vremenu);

brzina govora, mišljenja, djelovanja, kemijske reakcije... veća je ako se isti dio odgovarajućeg procesa obavi u kraćem vremenskom intervalu; i tako dalje.

Ovaj članak opisujebrzinugibanja točke u nekom referentnom sustavu, kao polazište za razumijevanje pojma brzine ufizici itehnici.

Iz toga pojma neposredno se izvodi pojambrzine gibanja tijela, koja najčešće označava brzinu točke koja se zovecentar masa tijela (ili ponekad brzinu njegovog geometrijskog središta, kod tijela rotaciono simetričnog oblika). Za potpuni opis brzine tijela potrebno je razmotriti i brzine njegovih drugih točaka, no kod krutih tijela to se razmatranje svodi na opiskutne brzine. U specijalnom slučaju translacijskog gibanja tijela, sve točke tijela imaju istu brzinu (nema kutne brzine) pa je svejedno koja se promatra.

Brzina gibanja točke je vektorska funkcija vremena. Njezin smjer je smjer gibanja točke (vektor brzine paralelan je s tangentom naputanju). Iznos brzine opisuje kako brzo točka prelazi put.^[2]

U svakodnevnom govoru, riječbrzina često označava samoiznos brzine. Nasuprot tome, u fizici riječbrzina označavavektor brzine, a ako se govori o iznosu brzine, to treba eksplicitno navesti. Ipak, ukupni kontekst sprječava zabunu čak i kada se ne pazi na formalne detalje izričaja. Na primjer posve je jasno što znači izjava "brzina iznosi 10 m/s i ima smjer prema istoku", ako se pođe od "jednostavne" "fizikalne" definicije da je vektor veličina koja ima iznos (brojčanu vrijednost koja ne može biti negativna) i smjer (koji u trodimenzionalnom prostoru možete pokazati prstom). No, ako bi se koristio opis vektora koji više vole neki matematičari (na primjer "vektor ima intenzitet, smjer i orijentaciju", a ima i drugačijih), morala bi se navedena izjava o brzini preformulirati u malo kompliciraniju. To pokazuje da razgovor o vektorskim veličinama ovisi o definiciji vektora. U ovom članku koristi se ona jednostavnija ("fizikalna") definicija. Također, koristi se uobičajena praksa u fizici i tehnici da se vektorska veličina obilježava strelicom iznad slova, na primjer $\scriptstyle {\vec {v}}$ je oznaka za brzinu kao vektorsku veličinu, dok se njezin iznos obilježava istim slovom bez strelice: $\scriptstyle v$ je iznos brzine (ali se ponekad iznos vektora označava i vertikalnim crtama: $\scriptstyle |{\vec {v}}|$ je također iznos brzine).

Brzina gibanja točke: Definicija iznosa brzine

[uredi |uredi kôd]

Iznos brzine je derivacija puta po vremenu:

v={ds \over dt}

pri čemus označava funkcijus(t) koja je pređeni put (duljina pređene putanje) do trenutkat, računajući od nekog početnog trenutka ili položaja. Slovov označava iznos brzine, funkcijuv(t), koja se može mijenjati od trenutka do trenutka, ali ne može biti negativna.

Ta se definicija izvodi iz znatno očiglednijeg pojmaprosječnog (srednjeg) iznosa brzine. Na primjer, ako točka prijeđe put od 12metara u vremenskom intervalu od 4sekunde, ona u prosjeku prelazi put od 3 m po jednoj sekundi toga intervala. Prosječni iznos brzine je 3 m/s, dobiva se dijeljenjem pređenog puta s pripadajućim vremenskim intervalom, i pokazuje da jemetar u sekundi (m/s)mjerna jedinica za brzinu uSI sustavu.

No, točka je mogla kojekakoubrzavati i usporavati svoje gibanje tijekom te 4 sekunde, pa bi se istim postupkom dobile različite prosječne brzine u kraćim vremenskim podintervalima. Zato se "pravi" iznos brzine (kaže se: trenutni) dobiva zamišljenim skraćivanjem vremenskog intervala na "beskonačno mali interval" oko pojedinog trenutka. Postupak se naziva graničnim prijelazom i definira pojam derivacije;derivacija puta po vremenu je "granična vrijednost" omjera pređenog puta i pripadnog vremenskog intervala kada vremenski interval "teži" prema nuli.

Definicija "pređeni put u jedinici vremena"

[uredi |uredi kôd]

Najjednostavnija definicija za iznos brzine, koja je dobro polazište za razumijevanje pojma brzine, jest uobičajena definicija iz osnovne škole: "Brzina je pređeni put u jedinici vremena”. Međutim, ona vrlo nepotpuno opisuje brzinu: to je samo broj koji je jednak prosječnom iznosu brzine u toj jedinici vremena.

Jedino ako se iznos brzine u nekom vremenskom intervalu ne mijenja (jednoliko gibanje), on se doista računa tako da se put podijeli s vremenom u kojemu je prijeđen, pa se dobije broj jednak "pređenom putu u jedinici vremena” (koji je točan iznos brzine u svakom trenutku toga intervala).

Brzina gibanja točke: Definicija vektora brzine

[uredi |uredi kôd]

Dok iznos brzine opisuje samo kako brzo točka prelazi put, brzina kaovektorska veličina, koja ima i iznos i smjer, opisuje kako se brzo mijenja položaj točke koja segiba. Stoga se ona definira pomoću vektora položaja.

Brzina jederivacija vektora položaja po vremenu:

{\vec {v}}={d{\vec {r}} \over dt}

Vektor položaja (iliradijvektor) $\scriptstyle {\vec {r}}$ točke koja se giba je, dakako, funkcija vremena. Ako u trenutku $\scriptstyle t$ točka ima položaj $\scriptstyle {\vec {r}}(t)$ , ona će se nakon vremenskog intervala $\scriptstyle \Delta t$ pomaknuti u položaj $\scriptstyle {\vec {r}}(t+\Delta t)$ . Promjena položaja (ili pomak) točke tijekom toga vremenskog intervala je vektor $\scriptstyle \Delta {\vec {r}}={\vec {r}}(t+\Delta t)-{\vec {r}}(t)$ , koji se dobiva oduzimanjem prvoga vektora položaja od drugoga (lijeva strana donje skice).

Dijeljenjem vektora promjene položaja $\scriptstyle \Delta {\vec {r}}$ s pripadnim vremenskim intervalom $\scriptstyle \Delta t$ dobije se prosječni vektor brzine u tome intervalu. Da bi se dobio trenutni vektor brzine (kraće:brzina), treba koristiti derivaciju (kao i kod definicije iznosa brzine).

Vektor brzine možemo prikazati pomoću skalarnih komponenata, na primjer uKartezijevom koordinatnom sustavu: $\scriptstyle {\vec {v}}=({v}_{x},{v}_{y},{v}_{z})$ . Tada možemo vektorsku jednadžbu za definiciju brzine rastaviti na tri skalarne jednadžbe

{v}_{x}={dx \over dt}

{v}_{y}={dy \over dt}

{v}_{z}={dz \over dt}

jer su komponente vektora položaja upravo Kartezijeve koordinate točke, to est. $\scriptstyle {\vec {r}}=(x,y,z)$ . Brzina promjene x-koordinate točke jednaka jeskalarnoj komponenti brzine točke u smjeru osi x, i tako dalje. Skalarna komponenta brzine može, naravno, biti pozitivna ili negativna. Na primjerv_x(t) je negativna kada se koordinatax(t) umanjuje tijekom vremena (a pripadna vektorska komponenta brzine je u suprotnom smjeru od koordinatne osi). Pređeni puts(t), međutim, ne može se tijekom vremena umanjivati (nego raste i prilikom gibanja u suprotnom smjeru), pa njegova derivacija (što je definicija iznosa brzine) ne može biti negativna.

Usklađenost definicija iznosa brzine i vektora brzine

[uredi |uredi kôd]

Iznos pomaka $\scriptstyle |\Delta {\vec {r}}|$ i pripadajući komadić puta $\scriptstyle \Delta s$ postaju jednaki za dovoljno mali vremenski interval.

{\displaystyle \scriptstyle |\Delta {\vec {r}}|} — Iznos pomaka $\scriptstyle |\Delta {\vec {r}}|$ i pripadajući komadić puta $\scriptstyle \Delta s$ postaju jednaki za dovoljno mali vremenski interval.

Polazeći od gornjih dviju definicija, iznos brzine može se računati na dva načina:

- prema prvoj (izravnoj) definiciji, kaoderivacija puta po vremenu (gdje je korištena oznaka $\scriptstyle v$ ), te

- prema drugoj definiciji (koja definira vektor brzine), tako da se iz vektora izračuna njegov iznos (radi razlikovanja, tako izračunati iznos brzine bit će ovdje označen sa $\scriptstyle |{\vec {v}}|$ ).

Nije posve očigledno da će se doista dobiti isti iznos brzine u oba slučaja, i to zato što će pređeni put po krivulji (dio putanje $\scriptstyle \Delta s$ ) općenito biti veći od iznosa vektora pomaka (promjene položaja) $\scriptstyle |\Delta {\vec {r}}|$ . Zbog toga će, očito, prosječni iznos brzine ( $\scriptstyle {v}_{pr}$ = put kroz vrijeme) biti općenito veći od iznosa prosječne brzine ( $\scriptstyle |{\vec {v}}_{pr}|$ = iznos pomaka kroz vrijeme), to jest mora se paziti na redoslijed riječi "prosječni" i "iznos". Na primjer ako točka obiđekružnicu duljine 1 m u vremenu od 1 s, u tome će vremenskom intervalu biti $\scriptstyle {v}_{pr}$ =1 m/s (jer je prešla put od 1 m), ali $\scriptstyle |{\vec {v}}_{pr}|=0$ (jer se vratila na isto mjesto, ukupno nema promjene položaja).

No, ako se promatraju sve manji pomaci (vremenski interval $\scriptstyle \Delta t$ između promatranih položaja "teži" prema nuli; na gornjoj skici je ilustriran početak graničnog procesa), tada iznosi pređenog puta i promjene položaja postaju sve više jednaki. Jednakost graničnih vrijednosti možemo zapisati pomoću diferencijala: $\scriptstyle |\mathrm {d} {\vec {r}}|=\mathrm {d} s$ . Stoga se može formalno pisati:

|{\vec {v}}|={|d{\vec {r}}| \over dt}={ds \over dt}=v

Dakle, trenutni iznos brzine doista je jednak iznosu trenutne brzine.

Napomena o računanju iznosa brzine i pređenog puta

[uredi |uredi kôd]

U mnogim slučajevima, osobito kod kompliciranijih gibanja, u praktičnom se računu iznos brzine određuje iz vektora brzine, na primjer pomoćuKartezijevih komponenata:

v={\sqrt {(v_{x})^{2}+(v_{y})^{2}+(v_{z})^{2}}}

Tek nakon toga može se izračunati pređeni put u nekom vremenskom intervalu od t₁ do t₂ pomoću integrala:

s=\int _{{t}_{1}}^{{t}_{2}}v\,\mathrm {d} t

to jest, ne računa se iznos brzine iz pređenog puta, nego obrnuto.

Napomena: Pomak umjesto promjene položaja?

[uredi |uredi kôd]

U mnogim, osobito američkim udžbenicima, definicija brzine polazi od vektora pomaka, a vektor položaja se često i ne spominje. Usto se ponekad vektor pomaka obilježava simbolom $\scriptstyle {\vec {s}}$ , pa treba paziti kako se obilježava pređeni put jer on nije jednak $\scriptstyle |{\vec {s}}|$ (te bi upotreba oznakes(t) za put mogla dovesti do zabune).

No, da bi se u takvom pristupu matematički korektno mogla uvesti derivacija vektorske funkcije pomaka $\scriptstyle {\vec {s}}(t)$ po vremenu (kao definicija brzine), moraju se svi pomaci mjeriti od iste fiksne početne točke. Tada se funkcija $\scriptstyle {\vec {s}}(t)$ trivijalno razlikuje od $\scriptstyle {\vec {r}}(t)$ , tj. samo za vektor položaja te početne fiksne točke, a ako se u tu točku postavi ishodište sustava, i ta razlika nestaje.

Stoga se u poznatim klasičnim udžbenicima,^[3]^[4] brzina sustavno definira pomoću vektora položaja $\scriptstyle {\vec {r}}(t)$ , a pojam vektora pomaka koristi se samo u uvodnim razmatranjima, ili tek usputno kao kraći naziv zapromjenu vektora položaja, kao i u ovome članku.

Sličnosti između brzine i kutne brzine

[uredi |uredi kôd]

Kutna brzina opisuje rotaciju (vrtnju ili zakretanje) na sličan način kao što brzina točke opisuje premiještanje kroz prostor. Dok iznos "obične" brzine (u konteksturotacije naziva se još i obodnom, linearnom ili translacijskom brzinom) opisuje kako se brzo mijenja pređeni put, iznos kutne brzine opisuje kako se brzo mijenja kut zakreta.

Kod jednolikog gibanja iznos brzine brojčano je jednak putu pređenom u jedinici vremena, a kod jednolike rotacije iznos kutne brzine kutu pređenom u jedinici vremena.

Dok je vektor brzine paralelan stangentom na putanju (i u smjeru gibanja), vektor kutne brzine paralelan je s osi rotacije (i u smjjeru koji se određuje po pravilu desne ruke ili desnogvijka). Kao i kod linearne brzine, i kod kutne brzine se u običnom govoru često ne precizira radi li se samo o iznosu ili o vektoru koji uključuje i smjer, ali je to uglavnom jasno iz konteksta.

Primjeri nekih brzina

[uredi |uredi kôd]

Lastavica može letjeti i do 90 m/s.

Zemlja na putu oko Sunca ima brzinu od 29 760 m/s.

Prosječne brzine	um/s
Rastkose	0,000 000 003
Puž	0,000 006
Pješak	1,5
Trkač	9
Trkaćikonj	25
Bura	40
Brzivlak	60
Lastavica	90
Zvuk (uzraku, 0 °C, 101 325 Pa)	332
Vrtnja Zemlje naekvatoru	464
Mlazni zrakoplov	600
Molekula vodika na 0 °C	1843
Meteor pri padu na Zemlju	11 000
Zemlja na putu oko Sunca	29 760
Elektromagnetski valovi	299 792 458

Izvori

[uredi |uredi kôd]

↑brzina.Hrvatska enciklopedija. Leksikografski zavod Miroslav Krleža. 2015.
↑I. Levanat: Fizika za TVZ - Kinematika i dinamika Tehničko veleučilište u Zagrebu (2010)
↑Young H. D., Freedman R. A., Sears and Zemansky University Physics, Addison-Wesley, San Francisco (2004)
↑Berkeley Physics Course: Mechanics. Vol. 1 by Charles Kittel, Walter Knight, Malvin A. Ruderman, Authors, J. A. Lewis, Reviewer, first published by McGraw-Hill College in 1965

Poveznice

[uredi |uredi kôd]

Dobavljeno iz "https://hr.wikipedia.org/w/index.php?title=Brzina&oldid=6909009"

[8]ページ先頭

©2009-2025 Movatter.jp