속도와 속력

속도 [速度, velocity]

요약 단위 시간 동안에 이동한 위치 벡터의 변위로서 물체의 빠르기를 나타내는 벡터량이다. 물체의 빠르기를 이동한 방향과 함께 나타낸다는 점에서 속력과 차이가 있다. 본문 속력과 함께 움직이는 물체의 빠르기의 정도를 나타내는 양이다. 속력은 단위시간당 이동거리를 측정하여 계산하는 반면, 속도는 단위시간당 이동한 변위를 측정함으로써 그 크기가 결정된다. 속력과 같은 단위를 쓰지만 속력이 스칼라량임에 반해 속도는 변위 벡터와 같은 방향을 가지는 벡터량이다. 단위는 속력과 같이 변위/시간을 사용하며 주로 m/s, km/h 등이 쓰인다. 속도와 속력의 차이(이동거리와 변위의 개념 차이) 세 사람이 단위 시간 동안 그림에 표시되어 있는 것과 같은 세 가지의 경로를 따라 이동을 했다고 하자. 이동거리는 A>C>B의 순으로 길다. B는 직선거리로 변위 벡터의 크기를 나타낸다. 만약 세 사람이 출발해서 도착할 때까지의 이동 시간이 모두 같다면 이 경우 이동 속도 또한 같아진다. 처음과 끝점이 동일해 변위 벡터의 크기가 세 경우 모두 같기 때문이다. 이때 속도 벡터의 방향은 도착지점 위치 벡터에서 출발지점 위치 벡터를 뺀 벡터의 방향과 같다. 하지만 이동 거리는 세 경우 전부 다르므로 속력은 A>C>B의 순이 된다. 속력과의 차이 1초 동안 어떤 사람이 반지름이 r m인 원 주위를 한 바퀴 돌아 제자리로 돌아왔다고 가정하자. 이때 이 사람의 속력은 2*1*r=2r(m/s)이지만 변위가 0이므로 속도는 0(m/s)이다. 속력은 이동하는 이의 중간 과정을 모두 고려하지만 속도는 처음과 마지막의 상태만을 생각한다. 속도는 물체의 운동 상태를 기술하기 위한 중요한 양이다. 힘이 질량 a인 물체에 '얼마만한 크기'로 '어떤 방향'으로 작용하고 있는지를 알 때에 뉴턴의 2법칙을 적용해서 물체의 가속도를 계산할 수 있고 이 가속도를 적분함으로써 시간에 따른 물체의 속도를, 그리고 이 속도를 다시 적분함으로써 시간에 따른 물체의 위치를 역시 계산해서 예상할 수 있게 된다. 이를 기반으로 하여 중력 하에서의 직선 운동, 포물선 운동, 원운동 등 교과 과정에 나와있는 물체의 운동에 대한 흥미 있는 계산을 직접 해볼 수 있다.