速率
sù lǜ
速率是用距离除以时间(v = d/t)算出的物体运动快慢,单位是米每秒。
Formula
v = \frac{d}{t}
Definition
速率告诉你某物跑得有多快:走过的距离除以所用的时间,$v = d/t$。它是一个标量,国际单位是米每秒(m/s)。平均速率用总距离除以总时间,瞬时速率则是某一时刻的速率,就像速度表上的读数。严格地说,速率是速度矢量的大小,$v = |\vec{v}|$,因此永不为负,瞬时速率是 $ds/dt$,即弧长对时间的导数。当路径不是直线时,一段旅程的平均速率可以不同于平均速度的大小。
Example
一只狗在 $4\ \text{s}$ 内跑了 $20\ \text{m}$,速率为 $20 \div 4 = 5$ 米每秒。一名骑行者在 $300\ \text{s}$ 内骑行 $1{,}800\ \text{m}$,平均速率为 $1800 \div 300 = 6\ \text{m/s}$;乘以 $3.6$ 换算成 $6 \times 3.6 = 21.6\ \text{km/h}$。平均值有时会出人意料:一辆车以 $30\ \text{km/h}$ 行驶 $60\ \text{km}$(用时 $2\ \text{h}$),再以 $60\ \text{km/h}$ 行驶 $60\ \text{km}$(用时 $1\ \text{h}$),其平均速率为 $120 \div 3 = 40\ \text{km/h}$,而不是 $45$,因为较慢的一段用时更长。
Key Insight
速率不在乎方向;一辆以 $30\ \text{mph}$ 向北行驶的车和一辆以 $30\ \text{mph}$ 向南行驶的车速率相同。在距离对时间的图像上,速率就是斜率,因此线越陡表示物体越快,线是平的表示物体静止。速率对能量也有不成比例的影响。动能与速率的平方成正比,因此速率翻倍会使汽车停下所需消耗的能量变为四倍,制动距离也正是因此随速率的平方增长。