En el uso cotidiano y en cinemática , la velocidad (comúnmente denominada v ) de un objeto es la magnitud del cambio de su posición a lo largo del tiempo o la magnitud del cambio de su posición por unidad de tiempo; por tanto, es una cantidad escalar . [1] La velocidad promedio de un objeto en un intervalo de tiempo es la distancia recorrida por el objeto dividida por la duración del intervalo; [2] la velocidad instantánea es el límite de la velocidad promedio cuando la duración del intervalo de tiempo se acerca a cero. La velocidad es la magnitud de la velocidad (un vector), que indica además la dirección del movimiento.
La velocidad tiene las dimensiones de la distancia dividida por el tiempo. La unidad de velocidad del SI es el metro por segundo (m/s), pero la unidad de velocidad más común en el uso diario es el kilómetro por hora (km/h) o, en EE. UU. y el Reino Unido, millas por hora (mph). ). Para viajes aéreos y marítimos, el nudo se utiliza habitualmente.
La velocidad más rápida posible a la que puede viajar la energía o la información, según la relatividad especial , es la velocidad de la luz en el vacío c =299 792 458 metros por segundo (aproximadamente1 079 000 000 km/h o671 000 000 mph ). La materia no puede alcanzar la velocidad de la luz, ya que esto requeriría una cantidad infinita de energía. En física de la relatividad, el concepto de rapidez reemplaza la idea clásica de velocidad.
Al físico italiano Galileo Galilei se le suele atribuir el mérito de ser el primero en medir la velocidad teniendo en cuenta la distancia recorrida y el tiempo que lleva. Galileo definió la velocidad como la distancia recorrida por unidad de tiempo. [3] En forma de ecuación, es decir
La velocidad en algún instante, o se supone constante durante un período de tiempo muy corto , se llama velocidad instantánea . Al mirar un velocímetro , se puede leer la velocidad instantánea de un automóvil en cualquier instante. [3] Un coche que viaja a 50 km/h generalmente viaja menos de una hora a velocidad constante, pero si viajara a esa velocidad durante una hora completa, recorrería 50 km. Si el vehículo continuara a esa velocidad durante media hora, recorrería la mitad de esa distancia (25 km). Si continuara solo durante un minuto, recorrería unos 833 m.
En términos matemáticos, la velocidad instantánea se define como la magnitud de la velocidad instantánea , es decir, la derivada de la posición con respecto al tiempo : [2] [4]
Si es la longitud del camino (también conocida como distancia) recorrida hasta el tiempo , la velocidad es igual a la derivada del tiempo de : [2]
En el caso especial en el que la velocidad es constante (es decir, rapidez constante en línea recta), esto se puede simplificar a . La velocidad promedio en un intervalo de tiempo finito es la distancia total recorrida dividida por la duración del tiempo.
A diferencia de la velocidad instantánea, la velocidad promedio se define como la distancia total recorrida dividida por el intervalo de tiempo. Por ejemplo, si se recorre una distancia de 80 kilómetros en 1 hora, la velocidad media es de 80 kilómetros por hora. Asimismo, si se recorren 320 kilómetros en 4 horas, la velocidad media también es de 80 kilómetros por hora. Cuando se divide una distancia en kilómetros (km) por un tiempo en horas (h), el resultado es en kilómetros por hora (km/h).
La velocidad promedio no describe las variaciones de velocidad que pueden haber tenido lugar durante intervalos de tiempo más cortos (ya que es la distancia total recorrida dividida por el tiempo total de viaje), por lo que la velocidad promedio suele ser bastante diferente de un valor de velocidad instantánea. [3] Si se conocen la velocidad promedio y el tiempo de viaje, la distancia recorrida se puede calcular reorganizando la definición para
Usando esta ecuación para una velocidad promedio de 80 kilómetros por hora en un viaje de 4 horas, se encuentra que la distancia recorrida es de 320 kilómetros.
Expresada en lenguaje gráfico, la pendiente de una recta tangente en cualquier punto de una gráfica distancia-tiempo es la velocidad instantánea en ese punto, mientras que la pendiente de una recta de cuerda de la misma gráfica es la velocidad promedio durante el intervalo de tiempo que abarca la acorde. La velocidad promedio de un objeto es Vav = s÷t
La velocidad denota solo qué tan rápido se mueve un objeto, mientras que la velocidad describe qué tan rápido y en qué dirección se mueve el objeto. [5] Si se dice que un coche viaja a 60 km/h, se ha especificado su velocidad . Sin embargo, si se dice que el automóvil se mueve a 60 km/h hacia el norte, ahora se ha especificado su velocidad .
La gran diferencia se puede discernir al considerar el movimiento alrededor de un círculo . Cuando algo se mueve en una trayectoria circular y regresa a su punto de partida, su velocidad promedio es cero, pero su velocidad promedio se encuentra dividiendo la circunferencia del círculo por el tiempo que tarda en moverse alrededor del círculo. Esto se debe a que la velocidad promedio se calcula considerando solo el desplazamiento entre los puntos inicial y final, mientras que la velocidad promedio considera solo la distancia total recorrida.
Las unidades de velocidad incluyen:
(* = valores aproximados)
Según Jean Piaget , la intuición de la noción de velocidad en el ser humano precede a la de duración, y se basa en la noción de distanciamiento. [11] Piaget estudió este tema inspirado por una pregunta que le hizo en 1928 Albert Einstein : "¿En qué orden adquieren los niños los conceptos de tiempo y velocidad?" [12] El concepto temprano de velocidad que tienen los niños se basa en el "adelantamiento", tomando sólo en consideración el orden temporal y espacial, específicamente: "Se considera que un objeto en movimiento es más rápido que otro cuando en un momento dado el primer objeto está detrás y un un momento más tarde delante del otro objeto." [13]
