Vauhti vs. nopeus
Momentti ja nopeus ovat kaksi peruskäsitettä. Näillä kahdella käsitteellä on huomattavia yhtäläisyyksiä, mutta teoriassa nämä ovat kahta erilaista määrää. On erittäin tärkeää saada selkeä ymmärrys sekä nopeudesta että vauhdista, jotta voisimme menestyä esimerkiksi mekaniikan, autotekniikan ja melkein jokaisen fysiikan ja tekniikan aloilla. Tämä artikkeli esittelee näiden kahden käsitteen määritelmät, niiden käyttötavat, yhteiset lait ja teoriat heistä, niiden yhtäläisyydet ja lopuksi niiden erot.
Nopeus
Nopeus on ruumiin fyysinen määrä. Hetkellinen nopeus voidaan antaa kohteen hetkellisenä nopeudella sen suunnan kanssa, jolla esine liikkuu kyseisenä hetkenä. Newtonilaisessa mekaniikassa nopeus määritellään siirtymän muutosnopeudeksi. Sekä nopeus että siirtymä ovat vektoreita. Niillä on määrällinen arvo ja suunta. Pelkän nopeuden kvantitatiivista arvoa kutsutaan nopeusmoduuliksi. Tämä on yhtä suuri kuin kohteen nopeus. Kohteen keskimääräinen nopeus on lopullisen ja alkunopeuden ero (erillisissä kolmessa ulottuvuudessa) jaettuna kokonaisajalla. Kohteen nopeus liittyy suoraan kohteen kineettiseen energiaan. Klassista mekaniikkaa käyttäen kohteen kineettinen energia kerrotaan puoli kertaa massa kerrottuna jaettuna nopeudella. Suhteellisuusteoria ehdottaa edistyneempää versiota, jota ei käsitellä tässä. Suhteellisuusteoria viittaa myös siihen, että kohteen havaittu massa kasvaa, kun kohteen nopeutta lisätään. Kohteen nopeus riippuu vain kohteen aika-aikakoordinaattien muutoksista.
Vauhti
Momentum on liikkuvan kohteen erittäin tärkeä ominaisuus. Kohteen liikemäärä on yhtä suuri kuin kohteen massa kerrottuna kohteen nopeudella. Koska massa on skalaari, liikemäärä on vektori, jolla on sama suunta kuin nopeudella. Yksi perustavanlaatuisimmista momenteista on Newtonin toinen liikelaki. Siinä todetaan, että esineeseen vaikuttava nettovoima on yhtä suuri kuin momentin muutosnopeus. Koska massa on vakio, ei-relativistisessa mekaniikassa momentin muutosnopeus on yhtä suuri kuin massa kerrottuna kohteen kiihtyvyydellä. Tärkein johdatus tästä laista on impulssisuojelun teoria. Tässä todetaan, että jos järjestelmän nettovoima on nolla, järjestelmän kokonaismomentti pysyy vakiona. Vauhti säilyy myös suhteellisissa mittakaavoissa. On huomattava, että liikemäärä riippuu sekä kohteen massasta että kohteen aika-aikakoordinaattien muutoksesta.
Mikä on ero liikemäärän ja nopeuden välillä?
• Momentti riippuu massasta, ja nopeus on riippumaton massasta.
• Vauhti säilyy suljetussa järjestelmässä, mutta nopeus ei ole säilynyt.
• Nopeuden muuttamiseen tarvitaan aina ulkoinen voima, mutta liikevoimaa voidaan muuttaa muuttamalla massaa.
