سرعت، تندی با جهت
دو قایق در مه‌ای غلیظ روی دریاچه‌اند و همدیگر را نمی‌بینند. قایقرانِ اول با بی‌سیم می‌گوید: «من با تندیِ ۷ متر بر ثانیه می‌روم.» دومی می‌گوید: «من هم ۵ متر بر ثانیه.» آیا با این خبرها می‌توانند بفهمند به هم می‌خورند یا نه؟ نه؛ یک چیزِ مهم را نگفته‌اند: به کدام طرف می‌روند.
سرعت: تندی و جهت با هم
در زندگیِ روزمره «تندی» و «سرعت» را به جای هم به کار می‌بریم، اما در علوم این دو با هم فرق دارند. تندی فقط می‌گوید جسم چقدر تند می‌رود. سرعت دو خبر می‌دهد: تندی و جهتِ حرکت. «۵۰ کیلومتر بر ساعت» تندی است؛ «۵۰ کیلومتر بر ساعت به سمتِ شمال» سرعت است. پس سرعت هم، مثلِ جابه‌جایی، یک بردار است و آن را با پیکان نشان می‌دهیم: طولِ پیکان اندازه‌ی سرعت و سرِ پیکان جهتِ آن.
دو خودرو که هر دو ۶۰ کیلومتر بر ساعت می‌روند، یکی به سمتِ شمال و دیگری به سمتِ جنوب، تندیِ برابر اما سرعتِ متفاوت دارند. خودرویی هم که با تندیِ ثابت دورِ میدان می‌چرخد، چون جهتش هر لحظه عوض می‌شود، سرعتش ثابت نیست.
سرعتِ متوسط
همان‌طور که تندیِ متوسط از مسافت ساخته می‌شود، سرعتِ متوسط از جابه‌جایی ساخته می‌شود:
سرعتِ متوسط = جابه‌جایی ÷ زمانِ صرف‌شده
یکای آن هم متر بر ثانیه یا کیلومتر بر ساعت است و جهتش همان جهتِ جابه‌جایی است.
مثال خودرویی در جاده‌ای کوهستانی و پرپیچ‌وخم، در ۴۰ دقیقه (یعنی دو سوم ساعت) ۶۰ کیلومتر راه می‌رود و به شهری می‌رسد که ۳۶ کیلومتر درست در شمالِ نقطه‌ی شروع است.
- تندیِ متوسط = ۶۰ ÷ دو سوم = ۹۰ کیلومتر بر ساعت. یعنی خودرو هر ساعت به‌طورِ متوسط ۹۰ کیلومتر از جاده را پیموده است.
- سرعتِ متوسط = ۳۶ ÷ دو سوم = ۵۴ کیلومتر بر ساعت به سمتِ شمال. یعنی خودرو هر ساعت به‌طورِ متوسط ۵۴ کیلومتر به مقصد نزدیک‌تر شده است.
چون جاده‌ها به خاطرِ کوه و رود و هزینه‌ی ساخت تقریباً هیچ‌وقت راست نیستند، تندیِ متوسط تقریباً همیشه از اندازه‌ی سرعتِ متوسط بیشتر است. این دو فقط وقتی برابرند که حرکت روی خطِ راست و بی‌برگشت باشد. اگر هم جسم به جای اولش برگردد، جابه‌جایی و در نتیجه سرعتِ متوسطش صفر است، هر چقدر هم تند رفته باشد.
سرعتِ لحظه‌ای هم تندیِ لحظه‌ای است همراه با جهتِ حرکت در همان لحظه: «۴۰ کیلومتر بر ساعت به سمتِ غرب».
در خانه امتحان کنید
روی نقشه‌ی شهرتان دو جای آشنا را پیدا کنید. طولِ راهِ خودرو میانِ آن‌ها و فاصله‌ی مستقیمشان را بنویسید. اگر این راه ۲۰ دقیقه طول بکشد، تندیِ متوسط و سرعتِ متوسط را حساب کنید و جهتِ سرعت را هم بنویسید.
واژه‌های این درس
- سرعت - تندی همراه با جهت؛ یک بردار.
- سرعتِ متوسط - جابه‌جایی تقسیم بر زمان، هم‌جهت با جابه‌جایی.
- سرعتِ لحظه‌ای - تندی و جهتِ حرکت در یک لحظه.
ایده‌ی اصلی
تندی می‌گوید چقدر تند و سرعت می‌گوید چقدر تند و به کدام طرف. سرعتِ متوسط جابه‌جایی را بر زمان تقسیم می‌کند، پس به راهِ پیموده‌شده کاری ندارد و فقط به آغاز و پایانِ حرکت نگاه می‌کند.