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Bobby Brown
更新 2022-08-23
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關於速度 (速率)

速率(英語:Speed)是物理學中的一個基本概念,是指物體在單位時間內經過的路程,用來表示物體運動的快慢程度。
在日常生活中,「速率」和「速度」混用,但兩者在物理學中對應著不同的概念:速率是一個純量(只有大小、沒有方向),它的因次是路程除以時間;速度是一個向量(有方向),它的因次是位移除以時間。物體的瞬時速率等於瞬時速度的大小,而平均速率則不一定等於平均速度的大小。
國際單位制中,速率的單位為公尺每秒(m/s),但日常生活中較常用的單位是公里每小時(km/h)或是英制系統下的英里每小時(mph)。海上船隻或物體的行進速率,一般會使用節作為單位。
依照狹義相對論,能量或資訊所能傳遞的最快速率為真空中的光速c = 299,792,458 公尺每秒,大約是1,080,000,000公里每小時或671,000,000英里每小時。靜止質量不為零的物質要加速到此速率,需要無限大的能量。在相對論物理學中,會用快度來取代古典力學中的速度。

定義

用數學語言來描述,如果一個物體在一段時間內移動的路程為,那麼它的平均速率(用表示)便是的比,具體可由下式給出:

例如,一輛汽車在2小時內行駛了60公里,它在這段時間內的平均速率是30公里每小時。而一個物體在某個時刻的速率,則是它在這個時刻前後的一段極短時間中經過的路程與這段時間長度的比:
精確地說,假設路程是一個關於時間的函數,那麼物體在某個時刻的瞬時速率,是以上比值在趨向於0時的極限值。或者說,是時刻對時間的導數。

在某些簡化的物理模型中,物體在某個時刻之前的速率可能不等於其之後的速率 
比如簡單的碰撞模型中的碰撞前速率和碰撞後速率。但在古典物理學中,總假設物體的路程,以及瞬時速度和瞬時速率都是連續變化的。簡化模型中出現不連續的速率是忽略了極短時間內速率變化的結果。
物體的瞬時速率等於其瞬時速度的大小。然而,物體的平均速率一般不等於其平均速度的大小。蓋因路程和位移的概念不同。例如一個物體作等速率圓周運動一周,則其平均速率為一個不為零的定值,但其平均速度是0。

速率的單位包括:

  • 公尺每秒(符號為m s-1或m/s),國際單位制導出單位
  • 公里每小時(符號為km/h)
  • 英里每小時(符號為m/h或mph)
  • 節(即「海里每小時」,符號kt)
  • 馬赫,由速率除以聲速得到
  • 真空中光速(c=2.997 924 58·108m s-1, 是自然單位之一) [1]

參考資料

  1. ^ wikipedia-速率
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