Warto przeczytać

- Panie kierowco, przekroczył pan dozwoloną prędkośćprędkośćprędkość – 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.

R1VIGi4dXiyfz

Rys. 1. Zdjęcie przedstawia znak drogowy, stojący na miejskiej ulicy, informujący o ograniczeniu prędkości do dwudziestu kilometrów na godzinę. Na białym tle w czerwonym okręgu znajduje się czarna liczba 20. Pod tym znakiem zamocowano mniejszą tablicę z napisem strefa ruchu i symbolicznym rysunkiem samochodu.

Co to jest prędkośćprędkośćprędkość z punktu widzenia fizyka? Prędkość to wielkość, która określa, jak zmienia się położeniepołożeniepołożenie ciała w czasie. Jest wielkością wektorową – ma więc swój kierunek, zwrot i wartość. Obliczamy ją, dzieląc wektor przemieszczeniaprzemieszczenieprzemieszczenia 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 Δdeltat musi być bardzo bliski zeru.

Jeśli nie nałożymy tego warunku na czas Δdeltat, wówczas wyznaczymy prędkość średniąprędkość średniaprędkość 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 – szybkośćszybkośćszybkość. Szybkość jest wielkością skalarną, którą obliczamy, dzieląc przebytą przez ciało drogędrogadrogę 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 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