Kiến thức Vật lí trong chương trình phổ thông, vận tốc là kiến thức cơ bản. Nhờ có vận tốc mà ta biết được mức độ nhanh hay chậm của chuyển động hoặc hướng của chuyển động. Vậy vận tốc là gì? Công thức tính vận tốc? Đơn vị của vận tốc?
1. Vận tốc là gì?
Vận tốc của một vận tốc là tốc độ thay đổi vị trí của nó đối với hệ quy chiếu và là một hàm của thời gian. Vận tốc ở đây được hiểu là vận tốc tuyến tính hay vận tốc tuyến tính, nó được phân biệt với vận tốc góc. Vận tốc là đặc điểm kỹ thuật của tốc độ và hướng chuyển động của một đối tượng. Vận tốc là một khái niệm cơ bản trong động học, một nhánh của cơ học cổ điển mô tả chuyển động của vật thể.
– Vận tốc là tốc độ mà một vật thay đổi vị trí trong một hệ quy chiếu nhất định, phụ thuộc vào một hàm của thời gian. Nói một cách đơn giản hơn, vận tốc là quãng đường vật đi được trong một đơn vị thời gian. Đây là đại lượng để biểu thị tốc độ nhanh chậm cũng như hướng của chuyển động. Đơn vị của vận tốc phụ thuộc vào đơn vị quãng đường và thời gian.
– Vận tốc so với tốc độ là hai khái niệm rất khác nhau. Nếu vận tốc là một vectơ có hướng thì tốc độ là một đại lượng vô hướng. Tốc độ là độ lớn của vận tốc.
2. Công thức tính vận tốc:
2.1. Công thức tính tốc độ:
Công thức tính tốc độ: V= S/t
Trong đó:
s: là độ dài quãng đường vật đi được
t: là thời gian vật đi được quãng đường đó
v là vận tốc của vật
2.2. Công thức cho tốc độ trung bình:
Công thức cho tốc độ trung bình:
vtb = s/t
Trong đó: S là quãng đường đi được,
t là lúc phải đi hết con đường.
Ghi chú: Chuyển động không đều là một loại chuyển động rất phổ biến xảy ra trong các vật thể hàng ngày. Trong chuyển động không đều, vận tốc thay đổi theo thời gian. Ví dụ ô tô, xe máy di chuyển trên đường, tốc độ thay đổi liên tục thể hiện ở kim chỉ công tơ mét.
2.3. Công thức cho vận tốc góc là:
Vận tốc góc trong chuyển động quay của một vật gọi là đại lượng véc tơ biểu thị tốc độ biến đổi theo thời gian của vị trí góc của vật và hướng của chuyển động này. Độ lớn của vận tốc góc bằng vận tốc góc và chiều của véc tơ vận tốc góc và được xác định theo quy tắc bàn tay phải.
Công thức cho vận tốc góc là: ω=dθ/dt.
trong đó ω là hiệu của vectơ vận tốc góc.
2.4. Công thức tính vận tốc tức thời:
Vận tốc tức thời là đại lượng mô tả mức độ nhanh hay chậm và hướng của chuyển động tại một điểm nhất định trên đường đi của một vật. Nếu như vận tốc trung bình cho ta cái nhìn tổng quan về vận tốc của vật thể trong một khoảng thời gian nhất định, thì vận tốc tức thời giúp ước tính cụ thể tại một thời điểm.
Để tính vận tốc tức thời tại một thời điểm ta có thể dựa vào vận tốc trung bình trong một khoảng thời gian vô cùng nhỏ tính từ thời điểm đó.
Công thức toán học trên cho ta biết khi khoảng thời gian đang xét tiến dần đến 0 thì vận tốc trung bình tiệm cận dần với vận tốc tức thời tại thời điểm t0. Giới hạn này có nghĩa là đạo hàm của vị thế theo thời gian. Công thức xác định vận tốc tức thời như sau:
2.5. Công thức tính vận tốc của nước là:
Chú ý: Trường hợp vật chuyển động ngược dòng nước ta sẽ có thêm lực cản dòng nước. Ngược lại, khi chuyển động xuôi dòng thì có thêm một vận tốc của dòng nước. Các công thức cần nhớ như sau:
Công thức tính tốc độ lùi
– Vận tốc hạ lưu = Vận tốc cây + Vận tốc dòng nước
– Vận tốc ngược dòng = Vận tốc cây – Vận tốc dòng nước
Như vậy, tùy theo yêu cầu của từng bài mà ta sẽ có các công thức tính vận tốc dòng nước khác nhau tùy theo chiều chuyển động của vật. Trong đó,
– Vận tốc thực vật: Vận tốc trong nước lặng
– Trên cùng một quãng đường ta luôn có thời gian và vận tốc là hai đại lượng tỉ lệ nghịch với nhau.
2.6. Công thức tính tốc độ gió trong đường ống
Việc tính toán tốc độ gió trong đường ống rất quan trọng khi lắp đặt hệ thống thông gió kho lạnh hay thiết bị điều hòa không khí hợp lý nhất. Vì đây là yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến diện tích gió thổi ra từ vị trí nào trong phòng.
Trong trường hợp tốc độ gió càng cao thì cường độ trao đổi nhiệt ẩm càng tăng mạnh. Khi đó người dùng sẽ cảm thấy mát hơn, da khô hơn trong cùng điều kiện độ ẩm và nhiệt độ.
Nếu nhiệt độ không khí thấp, tốc độ gió của đường ống quá lớn sẽ gây ra báo động lạnh. Vì vậy, tiêu chuẩn tính tốc độ gió trong đường ống sẽ phụ thuộc vào các yếu tố như nhiệt độ gió, độ ẩm, cường độ lao động và tình trạng sức khỏe con người…
2.7. Công thức tính vận tốc âm thanh
Ta sẽ áp dụng công thức tính vận tốc quãng đường-thời gian. Cụ thể như sau: v = S/t . Trong đó:
v: Vận tốc âm thanh, đơn vị m/s
S: Khoảng cách truyền âm, đơn vị m
t: Thời gian truyền âm.
3. Đơn vị vận tốc:
Đơn vị đo vận tốc là đại lượng dùng để đo lường, tính toán trong nhiều lĩnh vực khác nhau như toán học, vật lý, hóa học hay ứng dụng trong cuộc sống hàng ngày. Vận tốc là quãng đường vật đi được trong một đơn vị thời gian, độ lớn của vận tốc cho biết mức độ nhanh hay chậm của chuyển động và được tính bằng độ dài quãng đường vật đi được trong một đơn vị thời gian.
– Đơn vị đo vận tốc phụ thuộc vào quãng đường và đơn vị thời gian đang xét. Đơn vị đo tốc độ km/h là tốc độ thường dùng cho các loại phương tiện như xe máy, ô tô, xe đạp, tàu hỏa,.. Đây là đơn vị đo tốc độ phổ biến nhất. Ở Việt Nam, đơn vị này còn được gọi là km trên giờ.
– Đơn vị hải lý xác định tốc độ trên biển. Hải lý là đơn vị đo khoảng cách trên biển, nó được dùng để đo tốc độ của tàu thủy, tàu ngầm và các phương tiện hàng hải khác.
– Đơn vị dặm là đơn vị đo khoảng cách phổ biến ở các nước như Anh, Mỹ, nó có quãng đường đi được là 1,609344km và được ký hiệu là mph.
– Đơn vị km/s là đơn vị dùng cho các phương tiện có tốc độ cao như vũ khí tên lửa, máy bay siêu thanh,… Đơn vị m/s là một trong những đại lượng thuộc hệ thống đo lường quốc tế và nó được sử dụng phổ biến trong thực tế và ứng dụng trong khoa học, phim ảnh.
– Ngoài ra, trong điều hướng, người ta còn sử dụng “nút” làm đơn vị đo tốc độ. Nút là tốc độ của một chuyển động di chuyển trong 1 nút thắt. Chiều dài 1 hải lý là 1.852 km. Tốc độ ánh sáng là 300 000 km/s trong vũ trụ, khoảng cách giữa các thiên thể là rất lớn, bởi vì các vật thể trong thiên văn học người ta thường biểu thị những khoảng cách đó bằng năm ánh sáng. Một năm ánh sáng là quãng đường mà ánh sáng đi được trong một năm.
4. Sự khác biệt của vận tốc và tốc độ:
Tốc độ chỉ biểu thị tốc độ của một vật thể đang chuyển động, trong khi vận tốc mô tả cả tốc độ và hướng mà vật thể đang chuyển động. Nếu một chiếc ô tô được cho là di chuyển với tốc độ 60 km/h, tốc độ của nó đã được xác định. Tuy nhiên, nếu chúng ta giả định rằng ô tô đang di chuyển với tốc độ 60 km/h về phía bắc, thì vận tốc của nó lúc này đã được xác định.
Sự khác biệt lớn có thể được nhận thấy khi xem xét chuyển động quanh một vòng tròn. Khi một vật chuyển động theo một đường tròn và quay trở lại điểm xuất phát, vận tốc trung bình của nó bằng 0, nhưng tốc độ trung bình của nó được tính bằng cách chia chu vi của đường tròn cho thời gian nó di chuyển quanh đường tròn đó. Điều này là do vận tốc trung bình được tính bằng cách chỉ xem xét độ dịch chuyển giữa điểm đầu và điểm cuối, trong khi tốc độ trung bình chỉ xem xét tổng quãng đường di chuyển.
5. Bài tập tốc độ:
Câu hỏi 1:
Quãng đường AB dài 135 km. Ô tô đi từ A đến B hết 2 giờ 30 phút.
Tính vận tốc của ô tô, biết rằng dọc đường ô tô nghỉ 15 phút.
Câu 2:
Một ô tô khởi hành từ A lúc 7 giờ 30 phút và đến B lúc 10 giờ 15 phút Tìm vận tốc của ô tô biết quãng đường AB là 154 km.
Câu 3:
Trên cùng quãng đường 24 km ô tô đi hết 24 phút còn xe máy đi hết 36 phút. Vận tốc của ô tô nào lớn hơn và bằng bao nhiêu km/h?
Câu 4:
Một ô tô khởi hành từ A lúc 12 giờ 15 phút và đến B lúc 17 giờ 35 phút. Dọc đường xe dừng hết 1 giờ 5 phút. Tính vận tốc của ô tô biết quãng đường AB là 170 km.
Câu 5:
Một người đi từ quê lên tỉnh. Lúc đầu người đó phải đi bộ quãng đường núi dài 15km, sau đó đi xe buýt mất 2 giờ 30 phút. Tính vận tốc của xe buýt, biết rằng quãng đường đi từ nhà anh ta đến tỉnh dài 105 km.
Câu 6:
Quãng đường AB gồm đoạn lên dốc dài 15,3 km và đoạn xuống dốc dài 24 km. Một ô tô lên dốc hết 54 phút và xuống dốc hết 36 phút. Tính toán:
a) Vận tốc của ô tô khi lên dốc, khi xuống dốc.
b) Vận tốc trung bình của ô tô trên cả quãng đường AB.
Câu 7:
Trên cùng quãng đường 21km ô tô con đi hết 24 phút, xe máy đi hết 36 phút. Vận tốc của ô tô nào lớn hơn và lớn hơn bao nhiêu km?
Câu 8:
Hà đi học lúc 6:45 sáng và dự định đến trường lúc 7:30 sáng. Hôm nay, sau khi đi cách nhà 600m Hà phải quay lại lấy vở để quên nên đến trường thi lúc 7h45.
Vậy vận tốc của Hà là bao nhiêu km/h, biết vận tốc của Hà không đổi.
