Rýchlosť
Pod rýchlosťou bežne rozumieme dráhu ubehnutú za jednotku času. Presnejšia definícia hovorí, že ide o podiel ubehnutej dráhy a príslušného časového intervalu : Ds /Dt . Preto sa rýchlosť meria v jednotkách m/s, alebo km/h . Podielom vp = Ds /Dt určujeme priemernú rýchlosť (napríklad vlak z Trnavy do Žiliny, keď do vzorca dosadzujeme vzdialenosť miest a cestovnú dobu, počas ktorej vlak sa pohyboval rôznou rýchlosťou). V rôznych technických a fyzikálnych aplikáciách je však potrebné poznať rýchlosť v danom okamihu. Okrem toho takouto definíciou by sme nezohľadnili vektorovú povahu rýchlosti. Preto sa rýchlosť zavádza ako derivácia polohového vektora podľa času, čiže ako limita podielu :
(2.1.2.1)
V čitateli zlomku je rozdiel polohových vektorov vyjadrujúcich polohu pohybujúcej sa častice v okamihoch t1 a t2 (obr. 2.1.2.1). Rozdiel vektorov r2 – r1 určuje smer vektora rýchlosti. V limite, keď sa okamihy t1 a t2 vzájomne približujú, budú sa k sebe približovať koncové body vektorov r2 a r1 , a vektor r2 – r1 sa bude približovať k dotyčnici čiary, po ktorej sa častica pohybuje. Tento rozdiel podľa definície ešte násobíme skalárom 1/(t2 - t1), ktorý už nezmení smer vektora r2 – r1 , len jeho veľkosť. Preto definícia podľa vzorca (2.1.2.1) určuje veľkosť, tak smer vektora rýchlosti.
Polohový vektor má tri zložky, r(t) = x(t) i + y(t) j + y(t) j , takže jeho deriváciu možno vyjadriť ako súčet derivácií jeho zložiek:
(2.1.2.2)
S vektormi i , j , k pri derivovaní počítame ako s konštantami, lebo v našej súradnicovej sústave sa nemenia. Z posledného vzorca vidno, že
(2.1.2.3)
Pre veľkosť vektora rýchlosti platí vzťah:
(2.1.2.4)
Treba si ešte pripomenúť, že vektor rýchlosti možno vyjadriť aj ako skalárny násobok jednotkového vektora t , teda ako v = vt.
Kontrolné otázky
-
Definujte priemernú rýchlosť.
-
Definujte okamžitú rýchlosť hmotného bodu.
-
Vyjadrite vektor rýchlosti v zložkovom tvare.
-
Vyjadrite vektor rýchlosti v ako súčet priemetov vektora v do jednotlivých osí karteziánskej súradnicovej sústavy.
-
Napíšte vzťah pre veľkosť vektora rýchlosti.
-
Aký smer má vektor rýchlosti?