運動學:描述運動

瞬時速度

瞬時速度是你「此刻」的速度,就在時鐘的這一個瞬間——一個帶方向箭頭的完美速度表在單一瞬間會顯示的數字。平均速度把整趟旅程模糊成一個數;瞬時速度則一路放大到某一刻,問:在這個確切的瞬間,我動得多快、朝哪個方向?

精確地說,瞬時速度是把時間間隔縮小趨近於零時所取的平均速度:v = 當 delta t 趨近 0 時(delta x / delta t)的極限。用微積分的語言,這個極限就是位置對時間的導數 dx/dt。在位置-時間圖上,它是該瞬間切線的斜率——那條恰好貼著曲線的直線。它的大小是瞬時速率,SI 單位為公尺每秒(m/s)。

這才是出現在真正運動定律裡的速度,因為大自然是一刻一刻地作用,而非一趟一趟。微妙之處在於:若速度在某段間隔內一直在變,你不能用「有限距離除以有限時間」得到它——那只會給出平均值。瞬時速度是當間隔變得無限小時那個平均值所趨近的極限,這正是微積分為了處理運動而被發明的原因。

下午 3:00:00 時汽車速度表顯示 72 km/h(20 m/s)。那是它在那一瞬間的瞬時速率;片刻後煞車,顯示 15 m/s。整個下午的平均速度可能與這兩個讀數都截然不同。

瞬時速度是某一瞬間的讀數;平均則把許多這樣的讀數攤開。

「把間隔縮到零」並不是拿零除以零。當間隔變小時,位移與時間一起縮小,而它們的比值會趨於一個確定的值——即極限——那就是瞬時速度。

又称
vvelocity at an instant