Wikisage is op 1 na de grootste internet-encyclopedie in het Nederlands. Iedereen kan de hier verzamelde kennis gratis gebruiken, zonder storende advertenties. De Koninklijke Bibliotheek van Nederland heeft Wikisage in 2018 aangemerkt als digitaal erfgoed.
- Wilt u meehelpen om Wikisage te laten groeien? Maak dan een account aan. U bent van harte welkom. Zie: Portaal:Gebruikers.
- Bent u blij met Wikisage, of wilt u juist meer? Dan stellen we een bescheiden donatie om de kosten te bestrijden zeer op prijs. Zie: Portaal:Donaties.
Snelheid
Onder snelheid verstaat men in het algemeen de (bewegings) snelheid: de mate waarin de afgelegde weg met de tijd verandert. Naast de gewone rechtlijnige (translatie) snelheid van beweging, kent men ook draai- of hoeksnelheid of omloopsnelheid. In algemenere zin wordt het woord ook gebruikt voor de mate waarin andere natuurkundige grootheden met de tijd veranderen, zoals bij verbrandingssnelheid, omzettingssnelheid, groeisnelheid.
Een aantal zogenaamde "snelheden" blijken bij nadere beschouwing eigenlijk tijdmetingen te zijn, zoals de rekensnelheid van computers, en de reactiesnelheid van een persoon. In het spraakgebruik betekent "iemand snel terugbellen" ook dat het binnen een korte tijd gebeurt, niet noodzakelijk met een hoge snelheid.
Beweging
Snelheid is de verandering in de tijd van de plaats van een voorwerp. Als de plaats in meer dan een dimensie is gegeven, dus als vector, is ook de snelheid een vector, hetgeen betekent dat deze grootheid zowel grootte als richting heeft. Het Nederlands kent geen onderscheid tussen de aanduiding van snelheid als vector en snelheid als grootte. In het Engels is dit wel het geval: daar spreekt men respectievelijk over velocity en speed.
Het eenvoudigst om te berekenen is de gemiddelde snelheid: het verschil in plaats gedeeld door het verschil in tijd. Als de snelheid sterk verandert is dit echter vaak niet nauwkeurig genoeg. Het betekent bijvoorbeeld dat een zwemmer die een Olympisch zwem-record vestigt op de 100m schoolslag een gemiddelde snelheid heeft van 0 m/s : hij eindigt immers op dezelfde plaats als hij is gestart.
De 'instantane' of 'momentane' snelheid is de snelheid die een punt heeft op 1 tijdstip. Dit is een nogal abstract begrip, omdat snelheid gedefinieerd wordt als een verschil van plaats gedeeld door een verschil in tijd. Wiskundig wordt dit een limiet genoemd: als het tijdverschil nadert naar nul benadert het quotiënt van afstandsverschil / tijdsverschil een bepaalde waarde.
Redeneren over deze steeds kleiner wordende verschillen is lastig, zoals al meer dan 2400 jaar geleden werd opgemerkt door Zeno van Elea (zie zijn Achilles/Schildpad paradox).
Eenheden
Een snelheid wordt volgens de SI eenheden gemeten in meter per seconde (m/s). Andere eenheden zijn kilometer per uur (km/h) en de knoop. In de Verenigde Staten worden mijlen per uur gebruikt (mph) voor de snelheid in het wegverkeer.
Een in de natuurkunde belangrijke snelheid is de lichtsnelheid c. Deze wordt gebruikt als eenheid van snelheid wanneer men een hoge snelheden wil uitdrukken in een verhoudingsgetal ten opzichte van de lichtsnelheid.
Een eenheid die een verhouding aangeeft, is het Mach getal. Dit is de verhouding tussen de snelheid van een object en de geluidssnelheid die ter plaatse heerst. Deze eenheid wordt vooral gebruikt om aan te geven dat de geluidssnelheid wordt benaderd of overschreden, wat bijvoorbeeld voor het vlieggedrag van vliegtuigen van belang is. Een snelheid die groter is dan Mach 1 wordt aangeduid met supersonische snelheid daaronder spreekt men van subsone snelheid.
Relatief begrip
Om te meten wat de absolute snelheid van een voorwerp is, moet er eerst een punt gevonden worden dat absoluut stil staat. Zo'n punt is er niet: de aarde, de zon, het melkwegstelsel : allemaal bewegen ze - of in ieder geval - ze bewegen ten opzichte van elkaar.
Door de roodverschuiving van sterren te meten kan men concluderen dat een bepaald sterrenstelsel zich met grote snelheid van ons af beweegt. Maar er kan net zo goed gezegd worden dat de aarde, of onze eigen melkweg met een grote snelheid de andere kant op beweegt.
Dit is anders voor versnelling of voor rotatie: daarbij verandert de snelheid en dat gaat altijd met een kracht gepaard. Een waarnemer in een afgesloten ruimte kan precies meten of hij bezig is te versnellen of te draaien, maar niet met welke snelheid hij rechtlijnig beweegt.
Als een trein met lage constante snelheid langs een andere trein rijdt is het moeilijk vast te stellen wie er beweegt en wie niet. Als de trein dan remt, optrekt of een bocht maakt is dit wel onmiddellijk duidelijk.
Het inzicht dat alleen onderlinge snelheden of relatieve snelheden meetbaar zijn en dus wetenschappelijke waarde hebben was een belangrijk uitgangspunt voor Albert Einstein bij het ontwikkelen van zijn speciale relativiteitstheorie.
Voorbeelden van snelheid
Het snelheidsrecord van de mens op de marathon (lange afstand) ligt rond 20 km/h (kilometer per uur). De normale wandelsnelheid van de mens is 5 km/h. In een sprint worden soms snelheden van 50 km/h gemeten. Zoogdieren lopen grotendeels op 4 poten en sommigen hebben maximale snelheden tegen of zelfs boven de 100 km/h. Vogels als de slechtvalk kunnen in duikvluchten een eindsnelheid tot 300 km/h halen. Gemotoriseerd vervoer gaat veel sneller dan mensen te voet: zo worden in de autosport snelheden tot 300 km/h gehaald, en kunnen vliegtuigen ook enkele honderden kilometers per uur vliegen. De geluidsnelheid van 340 m/s (1224 km/u, Mach 1) vormt een 'geluidsbarrière' waar supersonische vliegtuigen en geweerkogels doorheen kunnen 'breken'.
De lichtsnelheid van 300.000 km/s is de hoogst gemeten snelheid, en volgens de algemene relativiteitstheorie zelfs de hoogst mogelijke snelheid.
Snelheid in formulevorm
De gemiddelde snelheid Vgem van een object dat over een afstand Δx beweegt gedurende een tijdsinterval Δt is als volgt gedefinieerd:
- Vgem = Δx Δt
De (momentane) snelheid(svector) v van een object waarvan de positie op moment t wordt gegeven door een functie x(t) is gedefinieerd als de afgeleide van x naar t:
- v = lim Δt->0 Δx Δt = dx dt
Als functie van de tijd wordt dat:
- v(t) = x'(t)
De versnelling a is de verandering van de snelheid van het object over de tijd, en is de afgeleide van de snelheid.
- a (t) = v' (t) = x'' (t)
De impuls p van een object met massa m is een direct met de snelheid v samenhangende (vector)grootheid.
- p = mv
De kinetische energie (bewegingsenergie) van een bewegend voorwerp is een scalaire grootheid, evenredig met de massa m van het object en het kwadraat van de grootte v van de snelheid:
- Ekin = 1 2mv2
Deze formule uit de klassieke mechanica klopt niet exact met de werkelijkheid. Bij lage snelheden is de afwijking nauwelijks op te merken, maar bij benadering van de lichtsnelheid treden grote afwijkingen op met de formule uit de speciale relativiteitstheorie. Zie hiervoor Kinetische energie en Ruimtetijd.
Omrekenen
Om snelheden om te rekenen van km/h naar m/s bestaat een eenvoudige methode:
- 1 km/h = 1000 m 3600 s = 1 3,6m/s
De omrekenfactor bedraagt dus 3,6. Bij het omrekenen van km/h naar m/s moet men delen door de factor, bij de omgekeerde omrekening moet men vermenigvuldigen met de factor. Wanneer een auto bijvoorbeeld 120 km/h rijdt, dan rijdt hij
- 120 3,6m/s = 33,3 m/sec
Zie ook
- Hoeksnelheid
- Verkeersborden - Serie A: Snelheid
- trajectsnelheid
- snelheidscontrole
- ontsnappingssnelheid
- eindsnelheid
- Dopplereffect
- V-snelheden
Zie ook de categorie met mediabestanden in verband met Velocity op Wikimedia Commons.
| Elementaire begrippen in de mechanica |
|---|
|
Vector · Afstand · Eenparige beweging · Verplaatsing · Snelheid · Versnelling · Stoot · Impuls · Hoeksnelheid · Hoekversnelling · Impulsmoment · Kracht |