Chuyển động biến đổi SVIP

I. CÔNG THỨC CỦA CHUYỂN ĐỘNG THẲNG BIẾN ĐỔI ĐỀU

Chuyển động thẳng biến đổi đều là chuyển động thẳng mà vận tốc có độ lớn tăng hoặc giảm đều theo thời gian.

Chuyển động thẳng nhanh dần đều là chuyển động thẳng có độ lớn vận tốc tăng đều theo thời gian.

Chuyển động thẳng chậm dần đều là chuyển động thẳng có độ lớn vận tốc giảm đều theo thời gian.

1. Công thức tính vận tốc

Gọi \(\text{v}_0\) là vận tốc tại thời điểm ban đầu \(t_0\), \(\text{v}_{}\) là vận tốc tại thời điểm \(t\).

Ta có: \(a=\dfrac{\Delta\text{v}}{\Delta t}=\dfrac{\text{v}_{}-\text{v}_0}{t-t_0}=\dfrac{\text{v}_{}-\text{v}_0}{\Delta t}\), suy ra \(\text{v}_t=\text{v}_0+a.\Delta t\).

- Nếu ở thời điểm ban đầu \(t_0=0\) thì: \(\text{v}_{}=\text{v}_0+a.t\)

- Nếu ở thời điểm ban đầu \(t_0=0\) vật mới bắt đầu chuyển động thì: \(\text{v}_0=0\) và \(\text{v}_{}=a.t\).

2. Công thức tính độ dịch chuyển

Độ dịch chuyển của chuyển động thẳng biến đổi đều là:

\(d=\frac{\text{v}_0+\text{v}_{}}{2}\times t\)

3. Công thức tính quãng đường

Quãng đường của chuyển động thẳng biến đổi đều là:

\(s=\text{v}_0.t+\dfrac{1}{2}.a.t^2\)

4. Công thức liên hệ quãng đường, vận tốc và gia tốc

Quãng đường, vận tốc và gia tốc của chuyển động thẳng biến đổi đều được liên hệ với nhau qua công thức:

\(\text{v}_{}^2-\text{v}_0^2=2.a.s\)

II. ĐO GIA TỐC RƠI TỰ DO

Newton đã làm thí nghiệm với các ống hút chân không. Hai vật rơi là viên bi chì và chiếc lông chim. Kết quả cho thấy trong chân không hai vật rơi nhanh như nhau.

Thí nghiệm về sự rơi tự do trong ống có không khí (a) và trong ống không có không khí (b)

Sự rơi tự do là sự rơi chỉ chịu tác dụng duy nhất của trọng lực.

Trong trường hợp vật rơi trong không khí nhưng lực cản của không khí rất nhỏ so với trọng lượng của vật, ta cũng có thể coi chuyển động đó là rơi tự do.

Gia tốc rơi tự do kí hiệu là \(g\), giá trị của \(g\) phụ thuộc vào vĩ độ địa lí và độ cao.

Ở gần bề mặt Trái Đất, người ta thường lấy giá trị của \(g\) bằng 9,8 m/s².

Công thức của chuyển động rơi tự do

Độ dịch chuyển, quãng đường đi được tại thời điểm \(t\):

\(d=s=\dfrac{1}{2}.g.t^2\)

Vận tốc tức thời tại thời điểm \(t\):

\(\text{v}_t=g.t\)

Liên hệ giữa vận tốc và quãng đường đi được với gia tốc: 

\(\text{v}_t^2=2.g.s\)

III. CHUYỂN ĐỘNG CỦA VẬT BỊ NÉM

1. Vận tốc ban đầu theo phương ngang

Thí nghiệm về chuyển động ném ngang

Bi B được thanh thép đàn hồi ép vào vật đỡ. Khi dùng búa đập nhẹ vào thanh thép, thanh thép không ép vào bi B nữa làm bi B rơi tự do, đồng thời đẩy bi A theo phương nằm ngang khỏi giá đỡ với vận tốc \(\text{v}_0\). Cả hai viên bi đều chạm đất cùng một lúc.

Ảnh chụp hoạt nghiệm chuyển động của hai viên bi A và B

Phân tích ảnh chụp hoạt nghiệm trên giúp so sánh chuyển động rơi tự do của bi B với vận tốc ban đầu \(\text{v}_{0y}\) với sự thay đổi vị trí theo phương thẳng đứng của viên bi A bị ném ngang với vận tốc ban đầu theo phương nằm ngang \(\text{v}_{0x}=\text{v}_0\).

Với một vật được ném theo phương ngang với vận tốc ban đầu xác định, chuyển động của vật theo phương ngang và theo phương thẳng đứng độc lập với nhau.

2. Vận tốc ban đầu tạo góc xác định theo phương ngang

Hình dưới minh họa một quả bóng được ném xuống sàn và nảy lên theo phương xiên.

• Xét theo phương thẳng đứng: các vị trí của bóng ngày càng cách xa nhau, cho thấy khi đi lên bóng chậm dần, khi rơi xuống bóng nhanh dần.
• Xét theo phương ngang: trong suốt quá trình nảy lên rồi rơi xuống, bóng vẫn chuyển động đều sang phải.

Sau khi nảy lên, nếu bỏ qua lực cản của không khí, quả bóng chỉ chịu tác dụng của trọng lực hướng xuống. Do đó:

• Bóng đi lên thì chậm dần, đi xuống thì nhanh dần.
• Chuyển động ngang của bóng không chịu ảnh hưởng của trọng lực, nên bóng có vận tốc ngang không đổi và chuyển động đều sang phải.

Như vậy, có thể tách chuyển động của quả bóng thành:

• Chuyển động thẳng biến đổi đều theo phương thẳng đứng (dưới tác dụng của trọng lực).
• Chuyển động thẳng đều theo phương ngang.

Sự kết hợp của hai chuyển động này tạo thành quỹ đạo cong. Trong thực tế, nghiên cứu chuyển động như vậy giúp giải thích và ứng dụng vào nhiều lĩnh vực, ví dụ như tính toán quỹ đạo bay của vật bị ném xiên, hay dự đoán tầm xa của đạn pháo và tên lửa.

Độ cao và tầm xa của vật bị ném phụ thuộc vào góc giữa vận tốc ban đầu và phương nằm ngang.