Przeczytaj
Warto przeczytać
- Panie kierowco, przekroczył pan dozwoloną prędkośćprędkość – powiedział policjant. - Tu wolno jechać pięćdziesiąt kilometrów na godzinę, a pan jechał dużo szybciej…
Skąd policjant mógł wiedzieć, z jaką prędkością jechał kierowca? W jaki sposób w ogóle można zmierzyć prędkość jadącego samochodu?
Nasze rozważania zaczniemy od tego, co konkretnie oznacza termin „maksymalna dozwolona prędkość”. Pod potocznym określeniem „prędkość” mogą się bowiem kryć różne wielkości fizyczne.
Co to jest prędkośćprędkość z punktu widzenia fizyka? Prędkość to wielkość, która określa, jak zmienia się położeniepołożenie ciała w czasie. Jest wielkością wektorową – ma więc swój kierunek, zwrot i wartość. Obliczamy ją, dzieląc wektor przemieszczeniaprzemieszczenia przez czas, w którym to przemieszczenie nastąpiło,
Prędkość może się zmieniać, więc czas, w którym obserwujemy zmianę położenia, musi być jak najkrótszy. Mówimy wtedy o prędkości chwilowej – czyli takiej, którą ciało ma w danej chwili.
W celu wyznaczenia prędkości chwilowej korzystamy z powyższego wzoru, ale dodajemy do niego warunek, że czas deltat musi być bardzo bliski zeru.
Jeśli nie nałożymy tego warunku na czas deltat, wówczas wyznaczymy prędkość średniąprędkość średnią.
Czy wartość prędkości średniej będzie dobrą wielkością opisującą „jak szybko, średnio rzecz biorąc, poruszał się samochód”? Otóż nie. Wyobraźmy sobie następującą sytuację: kierowca wyjechał z garażu, przez godzinę jeździł po mieście, a następnie wrócił do garażu. Jaka była jego prędkość średnia? Nie musimy nic wiedzieć o tym, co się działo podczas jazdy, by powiedzieć, że prędkość średnia wynosiła zero. Kierowca skończył jazdę w tym samym miejscu, w którym ją rozpoczął, a więc przemieszczenie wynosiło zero.
Aby uniknąć tego typu problemów, do odpowiedzi na powyższe pytanie stosujemy inną wielkość fizyczną – szybkośćszybkość. Szybkość jest wielkością skalarną, którą obliczamy, dzieląc przebytą przez ciało drogędrogę przez czas ruchu
No dobrze, wróćmy więc do problemu kierowcy, który przekroczył dozwoloną prędkość. Co to dokładnie oznacza? Maksymalna dozwolona prędkość, której wartość widzimy na znakach drogowych, to maksymalna dozwolona wartość prędkości chwilowej. Jak zatem zmierzyć, czy kierowca tej wartości nie przekroczył?
Można w tym celu skorzystać z fotoradarów. Wykorzystują one zjawisko Dopplerazjawisko Dopplera, by zmierzyć wartość prędkości chwilowej samochodu, który zbliża się (bądź oddala) od fotoradaru. Więcej na ten temat możesz przeczytać w e‑materiale „Ziemskie przykłady efektu Dopplera”.
Drugą metodą jest odcinkowy pomiar prędkości. Polega on na tym, że na początku i na końcu odcinka drogi o znanej długości ustawione są dwie kamery, które rejestrują przejeżdżające samochody. Długość odcinka drogi dzieli się przez czas, jaki upłynął pomiędzy zarejestrowaniem samochodu przez pierwszą kamerę a zarejestrowaniem go przez drugą. Otrzymuje się w ten sposób szybkość samochodu.
Nie musi być ona oczywiście równa wartości prędkości chwilowej, ale ponieważ tego typu pomiar wykonuje się na zaledwie kilkukilometrowym odcinku - wybranym tak, aby ruch odbywał się możliwie płynnie (nie ma skrzyżowań, rozjazdów i sygnalizacji świetlnej) - szybkość jest wystarczająco zbliżona do wartości prędkości chwilowej, by na tej podstawie móc ocenić, czy kierowca złamał przepisy, czy też nie.
Słowniczek
(ang.: distance) długość odcinka toru, jaki przebyło ciało.
(ang.: position) określa umiejscowienie ciała w układzie odniesienia.
(ang.: velocity) wielkość wektorowa; określa, jak szybko zmienia się położenie w czasie.
(ang.: average velocity) wielkość wektorowa; obliczamy ją, dzieląc całkowitą zmianę położenia przez czas, w jakim ta zmiana nastąpiła.
(ang.: displacement) zmiana położenia ciała.
(ang.: speed) wielkość skalarna; obliczamy ją, dzieląc całkowitą drogę, jaką przebyło ciało przez czas w jakim to nastąpiło.
(ang.: Doppler effect) zjawisko fizyczne polegające na zmniejszeniu lub zwiększeniu częstotliwości odbieranej fali przez obserwatora, wynikające z ruchu źródła fali lub obserwatora.