Фут в секунду

Фут в секунду (обозначение: ft/s или fps) — единица измерения скорости в имперской и американской системах мер. Определяется как расстояние в один фут, пройденное за одну секунду. Один фут в секунду равен точно 0,3048 м/с, поскольку международный фут определён как ровно 0,3048 метра.

Связь с другими единицами скорости

Один фут в секунду равен приблизительно 0,6818 мили в час, 1,0973 километра в час или 0,5925 узла. В метрической системе 1 ft/s = 0,3048 м/с точно. Эта чистая десятичная связь существует благодаря международному определению фута 1959 года.

Практический масштаб

Фут в секунду даёт практичную шкалу для многих измерений. Человек при быстрой ходьбе движется со скоростью около 5 ft/s, спринтер бежит примерно со скоростью 30–35 ft/s, а пуля из обычной винтовки летит со скоростью 2500–3500 ft/s. Эта единица удобна для инженеров и учёных, работающих с имперской системой мер.

Слово «фут» как единица измерения восходит к англосаксонскому периоду, от древнеанглийского «fot», которое, в свою очередь, происходит от праиндоевропейского корня «ped-» (нога). Практика использования человеческой стопы как стандарта длины встречалась у египтян, греков и римлян.

Понятие «в секунду»

Концепция измерения скорости как расстояния за единицу времени была формализована в ходе научной революции XVII века. Галилео Галилей в своих экспериментах с падающими телами заложил основу для выражения скорости как отношения расстояния ко времени. Секунда, производная от латинского «secunda pars minuta», стала стандартной единицей времени.

Система FPS

Составной термин «фут в секунду» естественно возник, когда учёным и инженерам англоязычных стран потребовалось выражать скорости в привычных единицах. К XVIII веку это выражение стало обычным в баллистике, гидромеханике и других технических областях.

Ранние измерения скорости

Концепция измерения скорости в футах в секунду развивалась параллельно с научным изучением движения в XVI–XVII веках. Систематические эксперименты Галилея в начале 1600-х годов заложили основу для количественного измерения скорости.

Баллистика XVIII века

Фут в секунду приобрёл критическое значение в баллистике в XVIII веке. Бенджамин Робинс изобрёл баллистический маятник в 1742 году, что позволило впервые точно измерить скорости пуль в футах в секунду. Его работа показала, что мушкетные пули летят со скоростью около 1700 ft/s.

Промышленная революция

Во время промышленной революции фут в секунду стал стандартной единицей в британском и американском инженерном деле. Скорости потока жидкости в трубах, скорости ветра, скорости деталей механизмов — всё выражалось в ft/s.

Метризация

По мере того как метрическая система получала международное признание в XX веке, фут в секунду постепенно заменялся метром в секунду в большинстве научных контекстов. Однако в США ft/s по-прежнему широко используется в баллистике, авиации и инженерии.

Огнестрельное оружие и баллистика

Фут в секунду остаётся стандартной единицей для начальной скорости пули в американской оружейной индустрии. Типичный патрон 9 мм имеет начальную скорость около 1200 ft/s, винтовочный патрон .223 Remington — около 3200 ft/s.

Инженерия и HVAC

В американской инженерии отопления, вентиляции и кондиционирования (HVAC) скорости воздуха в каналах указываются в ft/s или футах в минуту (fpm). Стандарты ASHRAE задают максимальные скорости воздуха в этих единицах.

Физическое образование

В американском физическом образовании ft/s появляется наряду с м/с во многих учебниках. Ускорение свободного падения иногда выражается как 32,174 ft/s².

Мировое использование

За пределами США фут в секунду в значительной мере заменён метром в секунду и километрами в час. Даже в Великобритании ft/s редко встречается за пределами специализированных технических контекстов.

Для большинства людей фут в секунду не является основной единицей скорости — доминируют мили в час (в США) или км/ч (в остальном мире). Однако ft/s даёт полезную перспективу в человеческом масштабе.

Движение человека

Человек при обычной ходьбе движется со скоростью около 4–5 ft/s (≈ 1,2–1,5 м/с). Бег трусцой — 8–10 ft/s, средний бег — 15–20 ft/s. Усэйн Болт на пике достигал около 40 ft/s (12,27 м/с).

Скорость звука

Скорость звука в воздухе на уровне моря при комнатной температуре составляет примерно 1125 ft/s (343 м/с). Когда говорят, что пуля «сверхзвуковая», это означает, что её скорость превышает 1125 ft/s.

Спортивные мячи

Бейсбольная подача со скоростью 100 миль/ч — это около 147 ft/s. Теннисная подача 130 миль/ч — около 191 ft/s. Удар по мячу для гольфа 170 миль/ч — около 249 ft/s.

Гидромеханика

В американской инженерной практике скорости жидкости в трубах часто выражаются в ft/s. Число Рейнольдса рассчитывается с использованием скорости в ft/s при работе в имперских единицах. Скорость воды в муниципальных трубах обычно составляет 1–10 ft/s.

Аэродинамика

В аэродинамических исследованиях с использованием имперских единиц скорости в аэродинамических трубах выражаются в ft/s.

Строительная инженерия

Ветровые нагрузки на здания в США рассчитываются с использованием скоростей ветра в ft/s (или миль/ч). Стандарт ASCE 7 задаёт базовые скорости ветра для проектных расчётов.

Динамика

В динамике и анализе вибраций с использованием имперских единиц скорости выражаются в ft/s, а ускорения — в ft/s². Стандартное ускорение свободного падения — 32,174 ft/s².

США

США — основная страна, где фут в секунду остаётся в активном профессиональном и образовательном использовании. Он встречается в спецификациях огнестрельного оружия, инженерии HVAC и учебниках физики.

Великобритания

Великобритания в значительной мере отказалась от ft/s в пользу метрических единиц скорости. Мили в час используются для дорожных скоростей, а в науке — м/с или км/ч.

Остальной мир

В остальном мире фут в секунду практически не используется. Метр в секунду служит научным стандартом, а километры в час — повседневной единицей скорости на дорогах.