1. 일상 용어
速 度 / Speed빠르기와 같은 뜻이다. m/s, km/h 등의 단위로 '측정'된 숫자로 나타나는 움직이는 물체의 운동을 서술하는 것이 아닌 아닌 '속도 조절', '성장 속도', '속도를 붙이다'와 같이 사용되는 일상용어인 속도를 영어로 번역할 때에는 대개 speed로 번역해야 한다. velocity는 격식을 차리거나, 그 크기가 강조되거나, 동어반복을 피하고자 할 때 사용한다. 그렇다보니 영어 speed를 한국어로 번역할 때도, 대부분의 경우 속도로 번역한다.
이와 관련된 우스개가 있는데,
인생은 속도가 아니라 방향이다 -
괴테
Life is not speed but direction
Life is not speed but direction
이 명언을 보고 물리학에서 '속도(velocity)는 방향을 포함한다." 라고 반박하는 것이다. 공대 개그의 일종. 인생이 움직이는 물체가 아니지만, 무형의 물체에도 빠르기와 관련된 것들에는 모두 속력과 방향성이 존재하기 때문에 나올 수 있는 말이다.
참고로 원문을 보면 speed, 즉 물리학 용어로는 속력과 같기 때문에 따지고 들면 원문은 물리학적 용어로 해석해도 문제가 없고, 번역문은 물리학적 용어로 해석하면 오히려 이상해진다.
2. 물리학 용어
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고전역학 Classical Mechanics |
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velocity[1] · 速 度 · geschwindigkeit[2]
움직이는 물체의 시간당 위치 변화를 나타내는 물리량. 벡터량으로서, 위치 변화를 시간에 대해 미분하면 나온다. 기호는 보통 [math(\vec{v})], [math(\bold{v})]를 쓴다.
비슷한 개념인 속력( 速 力, speed)과 혼동할 수 있다. 속도와 속력 모두 단위는 m/s, km/h 등을 사용하지만, 속도는 속력과 달리 거리의 기준으로 이동 거리가 아닌 변위를 사용한다. 변위란 한 점에서 다른 점까지 가는 가장 짧은 최단거리를 의미한다. 이게 무슨 말이냐면, 한 지점에서 다른 지점까지 곡선이든 직선이든 어떤 경로로 가더라도 출발점과 도착점 사이의 최단 거리만을 잰다는 것이다. 예를 들어, 어느 한 지점에서 오른쪽으로 10m를 갔다가 다시 왼쪽으로 10m를 가면 처음에 출발한 지점으로 돌아올 것이다. 이때 이동 거리는 20m인데 변위는 0m이다.(시작점에서 출발하자마자 불을 끄고 이동 후 도착한 후에 불을 켜는 것으로 비유하곤 한다.) 이때 시간이 2초 걸렸다면 평균 속력은 20m/2s=10m/s이지만 평균 속도는 0m/s이다.
속도는 한 변위를 가는 동안 걸린 시간으로 변위를 나눠서 나오는 개념으로, 전형적인 벡터량이다. 그렇기 때문에 크기가 같아도 방향이 다르면 서로 다른 물리량이다. 이와 달리 속력은 크기만 있는 스칼라로, 순간 속도 벡터의 크기로 표현된다. 그래서 속도 [math(\vec v)]는 [math(\displaystyle \vec v = \frac {\Delta \vec s} {\Delta t})]로 정의된다.
물리학에서는 더 자주 쓰이는 개념일 수밖에 없다. m/s가 사용된 개념, 가속도 등등의 단위가 전부 변위를 사용하는 속도를 사용하기 때문이다. 하지만 속도와 속력 둘 다 중요한 개념이다. 2차원 이상에서는 앞뒤라는 개념뿐만이 아니라 방향의 개념이 추가되기 때문에 속도는 벡터량일 수 밖에 없지만, 속력은 이동 거리를 나타내기 때문에 어느 방향이든 거리가 누적되기 때문이다.
평균 속도와 순간 속도가 있는데, 평균 속도는 두 지점 사이의 변위를 걸린 시간으로 나누는 것이지만, 순간 속도는 미분의 원리를 사용, 미소시간동안 간 미소변위로 측정하는 것이다.
자동차와 철도 분야 등 교통 분야에서는 특히 많이 쓰인다.
2.1. 좌표계 표현
속도는 위치 [math(\mathbf{r} = (x,y,z))]를 미분한 것이므로, 다음과 같이 쓸 수 있다.[math(\displaystyle \mathbf{v} = \frac{\mathrm{d}\mathbf{r}}{\mathrm{d}t} = \left( \frac{\mathrm{d}x}{\mathrm{d}t}, \frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}t}, \frac{\mathrm{d}z}{\mathrm{d}t} \right) = \dot{x} \mathbf{\hat{x}} + \dot{y} \mathbf{\hat{y}} + \dot{z} \mathbf{\hat{z}} )]
이때 문자 위의 점은 시간에 대한 미분을 나타내며, [math(\mathbf{\hat{x}})] 등은 단위벡터이다. 그러나 이 식은 직각좌표계에서만 쓸 수 있는 식으로, 다른 종류의 좌표계에서는 단위벡터의 미분을 고려해야 하기 때문에 다른 형태로 나타나게 된다.
- 원통 좌표계 / 극좌표계
[math(\displaystyle \mathbf{v} = \mathbf{\dot{r}} = \dot{r} \mathbf{\hat{r}} + r \dot{\theta} \boldsymbol{\hat{\theta}} + \dot{z} \mathbf{\hat{z}} )]
위의 원통 좌표계 식에서 [math(z)]방향을 제외하면 2차원 극좌표계에서의 식을 얻을 수 있다.
[math(\displaystyle \mathbf{v} = \mathbf{\dot{r}} = \dot{r} \mathbf{\hat{r}} + r \dot{\theta} \boldsymbol{\hat{\theta}} )]
- 구면 좌표계
[math(\displaystyle \mathbf{v} = \mathbf{\dot{r}} = \dot{r} \mathbf{\hat{r}} + r \dot{\theta} \boldsymbol{\hat{\theta}} + r \dot{\phi} \sin{\theta} \boldsymbol{\hat{\phi}} )]
3. 교통공학 용어
- 설계속도: 도로의 기하구조를 검토하고 결정하는데 사용하는 속도
- 임계속도: 특정 도로 구간에서 최대 교통량을 발휘할 수 있는 평균속도를 말한다. 평균속도가 이 보다 낮거나 높으면 교통량이 감소한다. 정상적으로 운전했을 때 교통환경이 허용하는 범위에서 안전하게 주행할 수 있는 최대 속도이다.
- 85% 속도: 도로 구간을 지나는 모든 차마의 속도를 정규분포에 나타냈을 때 85% 위치에 있는 속도를 의미한다. 교통류 내에서 안전운전에 필요한 합리적 속도의 최대값을 나타내는 속도이다. 도로아전도 평가나 제한속도 규정에 쓰인다.
- 15% 속도: 도로 구간을 지나는 모든 차마의 속도를 정규분포에 나타냈을 때 15% 위치에 있는 속도를 의미한다. 합리적 속도의 최저값으로 이보다 낮은 속도는 교통흐름의 중대한 방해요소가 된다.
- 허용속도: 차량운행 속도의 최고와 최저를 고려해 오르막차로나 곡선구간의 설계 또는 운영계획을 수립하기 위해 사용된다.
- 운행속도: 통상적으로 통행속도라고도 하는데 주행 중 지체시간을 포함하여 계산된 통행속도를 말한다.
- 통행속도: 도로의 일정 구간의 길이를 통행시간으로 나눈 값을 말한다. 구간단속에 쓰인다.
- 평균통행속도: 일정 구간에서 모든 차량의 통행속도를 평균한 속도이다.
- 주행속도: 운행 중 지체시간을 제외하고 계산된 통행속도이다.
- 구간속도: 주행거리를 정지시간을 포함한 통행시간으로 나는 속도이다. 도로혼잡도 산출에 쓰이는데 15km/h 미만은 극심한 혼잡을 의미하고 25km/h 미만은 도로가 혼잡하다고 보며 그 이상은 도로가 혼잡하지 않다고 본다.
- 공간평균속도: 도로의 일정구간을 달리는 차량들의 평균속도를 구간거리를 고려하여 산출하는 것이다.
- 지점속도: 시간평균속도라고도 한다. 차량이 어떤 지점을 통과하는 속도를 말하며 과속단속에 쓰인다.
- 자유속도: 어느 특정 도로 구간에 교통량이 매우 적고 교통통제설비가 없거나 없다고 가정할 때 운전자가 제한속도 범위 내에서 선택할 수 있는 최고속도를 말한다. 다른 교통의 영향은 전혀 받지 않고 오직 도로의 물리적 기하조건에 의해서만 영향을 받는 속도이다.
- 운영속도: 자유로운 교통흐름 상태에서 운전자가 관찰하는 자동차의 속도이다.
4. 창작물에서
가상매체에서 속도는 초고속능력으로서 초능력의 한 가지로 등장하기도 한다. 대표적인 속도 능력자는 DC 코믹스의 플래시(DC 코믹스)와 마블코믹스의 퀵실버 등을 꼽을 수 있다.온라인 게임 같은 곳에서는 속도에 환장하는 유저들이 여럿 있다.
속도는 각종 게임에서 많이 사용되는 요소이기도 하다.