Trong quá trình học môn vật lý lớp 10, các bạn học sinh sẽ tiếp xúc nhiều với các đại lượng như tốc độ, vận tốc, độ dịch chuyển, quãng đường,… Trong bài viết sau của Dapanchuan.com, chúng ta sẽ vận dụng những kiến thức về các đại lượng này để tìm kiếm đáp áp cho bài toán: Một người tập thể dục chạy trên một đường thẳng..
Lý thuyết về tốc độ và vận tốc
Trước khi tìm hiểu đáp án cho bài toán “Một người tập thể dục chạy trên một đường thẳng….” thì mọi người nên tìm hiểu về lý thuyết tốc độ và vận tốc sau đây:
Lý thuyết về tốc độ
1. Tốc độ trung bình
Tốc độ trung bình được định nghĩa là khoảng cách di chuyển trong một đơn vị thời gian cụ thể để đánh giá tốc độ của chuyển động.
– Biểu thức tính tốc độ trung bình là v = s/t với đơn vị là m/s hoặc km/h.
– Quãng đường s có thể tính bằng s = v.t và thời gian t có thể tính bằng t = s/v.
– Thời gian đi là t có thể tính bằng t = s/v
Chú ý rằng:
+ Nếu s được tính bằng mét và t được tính bằng giây, thì v sẽ được tính bằng m/s
+ Còn nếu s được tính bằng kilômét và t được tính bằng giờ, thì v sẽ được tính bằng km/h.
+ Ngoài ra, 1 m/s tương đương với 3,6 km/h.
2. Tốc độ tức thời
Tốc độ tức thời được định nghĩa là tốc độ đo được tại một thời điểm cụ thể, được tính trong khoảng thời gian rất ngắn. Ví dụ, trên xe máy và ô tô, đồng hồ tốc độ (tốc kế) đặt trước mặt người lái xe chỉ đo tốc độ của xe tại thời điểm đó, được gọi là tốc độ tức thời.
Lý thuyết về vận tốc
1. Vận tốc trung bình
– Vận tốc trung bình được xác định với thương số của độ dịch chuyển cùng thời gian dịch chuyển nhằm xác định độ nhanh hay chậm của chuyển động theo 1 hướng xác định.
– Kí hiệu: →v
– Biểu thức: →v=→d/t
– Đơn vị là m/s; km/h
– Vì độ dịch chuyển là 1 đại lượng vectơ cho nên vận tốc cũng là 1 đại lượng vectơ. Vectơ vận tốc có đặc điểm là:
+ Gốc ở trên vật chuyển động
+ Hướng chính là hướng của độ dịch chuyển
+ Độ dài vecto tỉ lệ với độ lớn vận tốc.
2. Vận tốc tức thời
– Vận tốc tức thời là vận tốc ở một thời điểm xác định. Nó được kí hiệu là →vt
– Biểu thức: →vt=→9Δd/Δt) với Δt rất nhỏ.
Lý thuyết về quãng đường, độ dịch chuyển
Độ dịch chuyển và quãng đường đi được là hai khái niệm liên quan đến việc mô tả sự thay đổi vị trí của vật trong quá trình chuyển động:
- Độ dịch chuyển là khoảng cách từ vị trí ban đầu đến vị trí cuối cùng của vật. Nó cho biết khoảng cách và hướng di chuyển của vật.
- Quãng đường đi được là tổng độ dài của đoạn đường mà vật di chuyển trong quá trình chuyển động. Nó cho biết độ dài của đường mà vật đã đi qua.
Ví dụ: Một vật dịch chuyển từ A tới B được 500 m. Sau đó quay về C là 150 m. Hãy tính độ dịch chuyển cùng quãng đường đi được của vật này?
– Độ dịch chuyển: ¯d=AC=500−150=350(m)
– Quãng đường di chuyển: s = AB + BC = 500 + 150 = 650 (m).
Lưu ý rằng: Nếu vật chuyển động thẳng và không đổi chiều thì độ dịch chuyển và quãng đường đi được sẽ bằng nhau.
Đáp án bài tập: Một người tập thể dục chạy trên một đường thẳng….
Sau khi tìm hiểu xong lý thuyết về tốc độ và vận tốc ở phần trên. Chúng ta có thể giải bài toán trên như sau:
Đề bài: Một người tập thể dục chạy trên đường thẳng trong 10 min. Trong 4 phút đầu, người này chạy với vận tốc 4 m/s. Trong thời gian còn lại thì người này giảm vận tốc còn 3 m/s. Hãy tính độ dịch chuyển, quãng đường người này chạy, tốc độ trung bình, vận tốc trung bình trên cả quãng đường chạy.
Lời giải:
Quá trình chuyển động của người được chia làm hai giai đoạn:
– Giai đoạn 1: trong 4 min đầu chạy với vận tốc là 4 m/s
– Giai đoạn 2: thời gian còn lại tương ứng với t2=10−4=6 phút, người này chạy với vận tốc 3 m/s.
Trong thời gian chuyển động thẳng, người này cũng không đổi chiều chuyển động nên quãng đường = độ dịch chuyển.
Ta có: d = s = v1*t1 + v2*t2 = 4.4.60+3.6.60 = 2040m
Vậy vận tốc trung bình và tốc độ trung bình đều giống nhau:
v = V= s/t = 204010*60 = 3,4m/s
Bài tập vận dụng liên quan đến tốc độ, vận tốc
Bài tập 1: Một người đi xe đạp chạy được 2,5 km trong 10 phút. Tính tốc độ trung bình của người đó.
Giải:
Đơn vị độ dài là km, thời gian tính bằng phút.
Tốc độ trung bình được tính theo công thức:
v = s/t
với v là tốc độ trung bình, s là quãng đường, t là thời gian.
Vậy tốc độ trung bình của người đi xe đạp là:
v = 2,5/10 = 0,25 km/phút
Bài tập 2: Một chiếc xe di chuyển từ A đến B với vận tốc 60 km/h và quay trở lại A với vận tốc 40 km/h. Tính vận tốc trung bình của xe trong quá trình di chuyển này.
Giải:
Đơn vị độ dài là km, thời gian tính bằng giờ.
Vận tốc trung bình được tính theo công thức:
v = (s1 + s2)/(t1 + t2)
với v là vận tốc trung bình, s1 là quãng đường đi từ A đến B, s2 là quãng đường đi từ B về A, t1 là thời gian di chuyển từ A đến B, t2 là thời gian di chuyển từ B về A.
Trong trường hợp này, quãng đường đi từ A đến B bằng quãng đường đi từ B về A, do đó:
- s1 = s2 = s
- v = 2s/(t1 + t2)
Thời gian di chuyển từ A đến B và từ B về A bằng nhau, do đó:
- t1 = t2 = t
- v = 2s/2t = s/t
Sử dụng công thức vận tốc: v = s/t
với v là vận tốc, s là quãng đường, t là thời gian.
Ta có:
- v1 = 60 km/h
- v2 = 40 km/h
Do đó, vận tốc trung bình của xe là:
v = 2s/(t1 + t2) = s/t = (2v1v2)/(v1 + v2) = (2x60x40)/(60 + 40) = 48 km/h
Vậy vận tốc trung bình của xe là 48 km/h.
Bài tập 3: Một chiếc xe hơi chạy với vận tốc 60 km/h. Hỏi thời gian để xe đi được 150 km?
Giải:
Để tìm thời gian, ta sử dụng công thức: t = s/v
Trong đó:
- t: thời gian (giờ)
- s: quãng đường (km)
- v: vận tốc (km/h)
Áp dụng vào bài toán, ta có: t = s/v = 150/60 = 2,5 giờ
Vậy thời gian để xe đi được 150 km là 2,5 giờ.
Như vậy bài viết đã cung cấp khá nhiều kiến thức lý thuyết về tốc độ và vận tốc trong môn vật lý cho mọi người cùng tìm hiểu rõ. Từ kiến thức này, chúng ta đã giải quyết được bài toán: “Một người tập thể dục chạy trên một đường thẳng…” và cho ra đáp án chính xác. Hy vọng các bạn học sinh có thể áp dụng kiến thức trên vào nhiều bài toán vật lý khác.