Nopeus ja siirtymä

Hei Philip! Olisiko tenniksen aika? Kuinka kauas ajoit päästäksesi sinne? Mikä oli etäisyys? Juuri niin, viisi kilometriä.

Katsotaanpa karttaa. Tässä on Philipin talo. Hän lähtee. Kääntyy sinne ja tänne, ja saapuu sitten perille. Mittarissa lukee viisi kilometriä.

Mutta voit myös vetää suoran linjan Philipin talon ja urheilukeskuksen välille - eli linnuntien. Se on 4 kilometriä. Kuinka pitkä siis on talolta urheilukeskukseen, - viisi kilometriä vai neljä kilometriä? Vastaus riippuu siitä haluammeko kuvailla etäisyyttä - vai siirtymää. Jokapäiväisessä elämässä etäisyys ja siirtymä näyttävät olevan sama asia, mutta fysiikassa ne tarkoittavat täysin eri asioita.

Etäisyys on reitti, jota Philip on seurannut, mukaan lukien kaikki mutkat ja käänteet. Se on viisi kilometriä - näimme sen hänen mittarissaan. Siirtymä on suorin reitti kahden pisteen välillä. Vedämme suoran linjan ja mittaamme. Neljä kilometriä.

Siirtymä kuvaillaan sekä numerona - metreinä - että suuntana: Suoraan aloituspisteestä... loppupisteeseen. Mitta ja suunta. Etäisyydellä ei ole suuntaa. Se on vain mitattu pituus - ehkä metrejä tai kilometrejä.

Philipiltä vie viisitoista minuuttia ajaa urheilukeskukseen - varttitunnin. Aika on sama riippumatta siitä mittaammeko etäisyyden vai siirtymän. Mitä voimme sanoa vauhdista? Vauhti on etäisyys jaettuna ajalla. Viisi jaettuna varttitunnilla on kaksikymmentä kilometriä tunnissa.

Mutta odota! Mitä tapahtuu jos jaamme siirtymän - neljä kilometriä - ajalla? Antaisiko se toisen tuloksen? Kyllä, itse asiassa. Se laskisi keskimääräisen nopeuden.

Vauhti ja nopeus ovat eri asioita fysiikassa. Vauhti lasketaan jakamalla etäisyys ajalla. Nopeus on siirtymä jaettuna ajalla. Ja kuten siirtymällä on suunta, nopeudellakin on suunta. Nopeus näytetään numeroina - vaikka kilometreinätunnissa - ja nuolena, näyttäen suunnan.

Vauhdilla ei kuitenkaan ole suuntaa, kuten ei etäisyydelläkään. Näetkö kaavan? Etäisyydellä ja vauhdilla ei ole suuntaa. Siirtymällä ja nopeudella on suunta. Pysytkö kärryillä, Philip?

Mutta nyt on tennisaika, eikö? Philip on lopettanut tenniksen peluun, ja on menossa kotiin. Hän ajaa samaa reittiä kuin ajaessaan urheilukeskukselle. Hei taas Philip! Tervetuloa kotiin!

Katsotaanpa. Mitä etäisyyttä ajoit mopolla tänään? Katso karttaa uudestaan! Viisi kilometriä urheilukeskukseen. Viisi kilometriä takaisin.

Kymmenen kilometriä! Mutta mikä on siirtymä? Alkupiste on tässä, ja loppupiste on... Kyllä. Se on juuri tässä. -- Philip on kotona taas.

Mitä tapahtuu jos yritämme piirtää linjan alkupisteestä loppupisteeseen? Öö... Sitä ei voi tehdä. Se on sama piste. Ja siitä ei tule linjaa. Siirtymä on - nolla!

Etäisyys on kymmenen kilometriä, mutta siirtymä on yhteensä nolla. Hän on mennyt urheilukeskukseen, pelannut tennistä ja mennyt kotiin. Mutta siirtymä on nolla, koska hän on takaisin samassa paikassa, mistä hän aloitti. Mitä tämä tarkoittaa nopeuden suhteen, Philip? Kyllä.

Jos päädyt takaisin samaan pisteeseen, siirtymä on nolla. Silloin keskinopeus on nolla, riippumatta siitä kuinka nopeasti ajoit. Oho... Sammuiko se taas? Hups.

Loppuiko polttoaine? Kyllä. Vaikka nettosiirtymäsi on nolla, saatat silti kuluttaa polttoainetta.