BÀI 5: TỐC ĐỘ VÀ VẬN TỐC
Trò chơi Khởi động: Nghiêng Đầu Bắt Nhịp AI
10 câu hỏi cốt lõi nhận diện cử chỉ camera AI cực đỉnh
Chuyển Động & Vectơ Vận Tốc $\vec{v}$
NỘI DUNG BÀI HỌC (CHUẨN SGK GDPT 2018)
I. Tốc Độ
• Là đại lượng đặc trưng cho mức độ nhanh hay chậm của chuyển động trên một quãng đường.
• Công thức tính: $$v = \frac{s}{t}$$ trong đó $s$ là quãng đường đi được trong thời gian $t$.
• Đơn vị đo chuẩn trong hệ SI: mét trên giây ($\text{m/s}$) hoặc kilômét trên giờ ($\text{km/h}$).
• Quy đổi: $1\text{ m/s} = 3,6\text{ km/h}$ hay $1\text{ km/h} = \frac{1}{3,6}\text{ m/s}$.
• Là tốc độ của vật tại một thời điểm hoặc tại một vị trí xác định trên quỹ đạo.
• Thiết bị đo: Tốc kế (speedometer) gắn trên bảng điều khiển xe máy, ô tô.
• Trong chuyển động thẳng đều, tốc độ tức thời không đổi và bằng tốc độ trung bình. Trong chuyển động không đều, tốc độ tức thời liên tục thay đổi.
II. Vận Tốc
Vận tốc là một đại lượng vectơ, cho biết cả độ nhanh chậm và hướng chuyển động của vật.
• Vận tốc trung bình được xác định bằng thương số giữa độ dịch chuyển $\vec{d}$ và khoảng thời gian $\Delta t$ thực hiện độ dịch chuyển đó:
• Giá trị đại số trên trục tọa độ $Ox$: $$v = \frac{d}{\Delta t} = \frac{x_2 - x_1}{t_2 - t_1}$$
• Nếu vật chuyển động theo chiều dương ($x_2 > x_1 \Rightarrow d > 0$): $v > 0$.
• Nếu vật chuyển động theo chiều âm ($x_2 < x_1 \Rightarrow d < 0$): $v < 0$.
• Là vận tốc của vật tại một thời điểm xác định, đặc trưng cho sự chuyển động nhanh chậm và phương chiều chuyển động tại thời điểm đó:
• Gốc: Đặt tại vật chuyển động.
• Hướng: Cùng hướng với hướng chuyển động của vật (tiếp tuyến với quỹ đạo).
• Độ lớn: Bằng tốc độ tức thời của vật tại thời điểm đó.
III. Phân Biệt Tốc Độ Và Vận Tốc
| Đặc điểm so sánh | Tốc độ ($v = \frac{s}{t}$) | Vận tốc ($\vec{v} = \frac{\vec{d}}{\Delta t}$) |
|---|---|---|
| Bản chất vật lí | Đại lượng vô hướng (chỉ có độ lớn). | Đại lượng vectơ (có gốc, hướng và độ lớn). |
| Ý nghĩa vật lí | Đặc trưng cho độ nhanh chậm trên quãng đường đi được. | Đặc trưng cho độ nhanh chậm và hướng chuyển động. |
| Dấu của đại lượng | Luôn không âm ($v \ge 0$). | Có thể dương ($v > 0$), âm ($v < 0$) hoặc bằng 0. |
| Khi nào bằng nhau? | Tốc độ trung bình bằng độ lớn vận tốc trung bình khi và chỉ khi vật chuyển động thẳng và không đổi chiều ($s = |d|$). | |
IV. Tổng Hợp Vận Tốc (Công Thức Cộng Vận Tốc)
Xét một vật chuyển động (1) đối với hệ quy chiếu chuyển động (2), và hệ quy chiếu (2) chuyển động đối với hệ quy chiếu đứng yên (3):
Ví dụ: Thuyền chạy xuôi dòng.
Ví dụ: Thuyền chạy ngược dòng.
Ví dụ: Thuyền chèo vuông góc dòng sông.
Đề bài: Một vận động viên bơi lội bơi xuôi dòng trên hồ bơi dài $50\text{ m}$ mất $25\text{ s}$, sau đó lập tức quay đầu bơi ngược trở lại vạch xuất phát mất thêm $35\text{ s}$. Hãy tính:
a) Tốc độ trung bình trên toàn bộ quãng đường bơi.
b) Vận tốc trung bình trên toàn bộ hành trình.
Lời giải chi tiết:
• Tổng quãng đường đi được: $s = 50 + 50 = 100\text{ m}$.
• Tổng thời gian: $t = 25 + 35 = 60\text{ s}$.
a) Tốc độ trung bình: $v = \frac{s}{t} = \frac{100}{60} \approx 1,67\text{ m/s}$.
b) Vận tốc trung bình: Do vận động viên quay trở lại vị trí xuất phát nên độ dịch chuyển tổng cộng bằng 0 ($d = 0$).
$\Rightarrow v_{\text{tb}} = \frac{d}{t} = \frac{0}{60} = 0\text{ m/s}$.
KHẮC SÂU TRỌNG TÂM KIẾN THỨC BÀI 5
• Tốc độ trung bình: $v = \frac{s}{t}$ (đại lượng vô hướng, luôn $\ge 0$).
• Vận tốc trung bình: $\vec{v} = \frac{\vec{d}}{\Delta t}$ (đại lượng vectơ, có hướng và dấu phụ thuộc vào chiều chuyển động).
• Tốc độ tức thời: Là độ lớn của vận tốc tức thời, đo bằng tốc kế.
• Công thức cộng vận tốc: $\vec{v}_{13} = \vec{v}_{12} + \vec{v}_{23}$.