Tốc độ, độ dịch chuyển và vận tốc SVIP

I. TỐC ĐỘ

1. Tốc độ trung bình

Quãng đường đi được trong cùng một đơn vị thời gian thường được dùng để xác định độ nhanh, chậm của chuyển động. Đại lượng này gọi là tốc độ trung bình của chuyển động (gọi tắt là tốc độ trung bình), kí hiệu là \(v\).

\(v=\dfrac{s}{t}\)

2. Đơn vị đo tốc độ

Quãng đường được đo bằng mét (m), thời gian được đo bằng giây (s). Vì thế, tốc độ được tính bằng mét trên giây, kí hiệu là m/s.

II. QUÃNG ĐƯỜNG VÀ ĐỘ DỊCH CHUYỂN

Đại lượng biểu thị cả độ dài lẫn hướng của sự thay đổi vị trí của vật được gọi là độ dịch chuyển. Độ dịch chuyển vừa cho biết độ lớn, vừa cho biết hướng, do đó độ dịch chuyển là đại lượng vectơ.

Độ dịch chuyển được biểu diễn bằng một mũi tên nối vị trí đầu và vị trí cuối của chuyển động, có độ dài tỉ lệ với độ lớn của độ dịch chuyển. Kí hiệu là \(\overrightarrow{d}\).

Ví dụ: Bạn Nam đi bộ từ nhà đến trường theo đường thẳng, quãng đường dài 2 km.

Khi đó, vectơ độ dịch chuyển của bạn Nam là vectơ \(\overrightarrow{AB}\) được biểu diễn như sau:

Trong hình dưới đây, người đi ô tô (1), người đi bộ (2) và người đi xe máy (3) đều khởi hành từ cùng một vị trí để đi đến vị trí được đánh dấu.

Sơ đồ mô tả quãng đường đi được của người đi ô tô, người đi bộ, người đi xe máy

Khi vật chuyển động thẳng theo một chiều không đổi, độ lớn của độ dịch chuyển bằng đúng quãng đường mà vật đi được.
Ngược lại, nếu vật chuyển động thẳng nhưng có sự đổi chiều, thì độ lớn của độ dịch chuyển sẽ khác quãng đường đi được.

III. VẬN TỐC

Khi biết tốc độ, thời gian chuyển động và hướng chuyển động của vật thì có thể xác định được vị trí của vật.

Vận tốc trung bình dùng để xác định độ nhanh, chậm của chuyển động theo một hướng xác định. Vận tốc trung bình được tính bằng thương số của độ dịch chuyển và thời gian dịch chuyển. Kí hiệu là \(\text{v}\).

\(\overrightarrow{\text{v}}=\dfrac{\overrightarrow{d}}{t}\)

Ta có thể viết: \(\overrightarrow{\text{v}}=\dfrac{\Delta\overrightarrow{d}}{\Delta t}\).

Trong đó \(\Delta\overrightarrow{d}\) là độ dịch chuyển trong thời gian \(\Delta t\).

Vì độ dịch chuyển là một đại lượng vectơ nên vận tốc cũng là một đại lượng vectơ. Vectơ vận tốc có:

• Gốc nằm trên vật chuyển động;
• Hướng là hướng của độ dịch chuyển;
• Độ dài tỉ lệ với độ lớn của vận tốc.

IV. MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP ĐO TỐC ĐỘ

1. Phương pháp đo tốc độ

Chúng ta có thể xác định tốc độ của một vật chuyển động bằng cách đo thời gian vật đi giữa hai vị trí xác định và tính quãng đường giữa hai vị trí đó.

Ví dụ, trên một số tuyến đường có gắn biển báo tốc độ ở khoảng cách cố định (chẳng hạn cách nhau 2 000 m), thường có thêm biển báo tốc độ dành cho xe ưu tiên. Khi xe ô tô đi qua hai vị trí có biển báo đó, nếu biết thời gian xe di chuyển giữa hai điểm (có thể dùng đồng hồ bấm giây để đo), ta sẽ tính được tốc độ trung bình của xe trên quãng đường đó.

Trong một số trường hợp không đo được trực tiếp quãng đường, người ta có thể dùng các phương pháp gián tiếp để xác định tốc độ, ví dụ thông qua một số bước trung gian.

Trên ô tô, tốc độ thường được xác định bằng các cảm biến. Máy tính trong xe xử lí tín hiệu từ cảm biến và hiển thị tốc độ tức thời lên bảng đồng hồ, giúp người lái xe theo dõi tốc độ của mình.

2. Đo tốc độ trong phòng thực hành

Dùng cổng quang điện và đồng hồ đo thời gian hiện số

Có thể dùng cổng quang điện và đồng hồ đo thời gian hiện số để đo tốc độ của xe chuyển động thẳng.

Khi tấm chắn sáng bắt đầu che khuất chùm tia sáng tại cổng quang điện, đồng hồ sẽ bắt đầu đo thời gian. Ngay khi tấm chắn không còn che tia sáng nữa, đồng hồ lập tức dừng đo. Thời gian hiển thị trên đồng hồ chính là khoảng thời gian xe đi hết quãng đường bằng chiều dài của tấm chắn sáng. Dựa vào số liệu này, ta có thể tính được tốc độ của xe.

Dùng xe kĩ thuật số

Trục của xe kĩ thuật số gắn bộ đo mã hóa (encoder) để đo độ dịch chuyển của xe thông qua tốc độ quay của trục bánh xe trong những khoảng thời gian như nhau. Bộ đo thời gian có thể đặt trước mỗi khoảng thời gian dài đến 0,01 s. Ta sẽ xác định được tốc độ chuyển động của xe dựa vào quãng đường xe đi trong mỗi khoảng thời gian đã định trước.