1.4 Tốc độ và Vận tốc
Nếu bạn thả bộ dọc theo Phố Lớn đi quãng đường 1 km trong thời gian 1 h, thì bạn có thể nói vận tốc trung bình của bạn là 1,0 km/h [đông]. Tuy nhiên, trên đường đi, bạn có thể đã dừng lại để ngắm những cửa hiệu, hoặc thậm chí ngồi xuống 10 phút và uống nước giải khát. Vì thế, trong khi đúng là vận tốc trung bình của bạn là 1,0 km/h [đông], nhưng tại một thời điểm bất kì nào đó, vận tốc tức thời của bạn có khả năng là một giá trị khác. Điều quan trọng là phân biệt giữa vận tốc tức thời, vận tốc trung bình, và tốc độ trung bình.
- Vận tốc của xe lửa là bao nhiêu nếu nó thực hiện độ dời 25 km [bắc] trong 30 phút?
- Một con tàu đi được 3,0 km [đông] trong 2,0 h, sau đó đi được 5 km [tây] trong 3,0h.
- Tốc độ trung bình của con tàu bằng bao nhiêu?
- Vận tốc trung bình của con tàu bằng bao nhiêu?
- Bảng bên dưới trình bày số liệu vị trí-thời gian của một xe đồ chơi.
- Vận tốc trung bình của chuyển động của xe đồ chơi là bao nhiêu?
- Vận tốc tức thời của xe tại thời điểm t = 5,0 s là bao nhiêu?
1.5 Gia tốc
Loại chuyển động đơn giản nhất có thể có mà một vật có thể thực hiện (không đứng yên) là chuyển động thẳng đều. Chuyển động thẳng đều là chuyển động ở tốc độ không đổi trên một đường thẳng. Một tên gọi khác cho chuyển động thẳng đều là vận tốc đều.
Khi chuyển động của một vật là không đều, vận tốc của vật biến thiên. Vì vận tốc là một vector, cho nên độ lớn cũng như hướng của nó có thể biến thiên. Một thí dụ của sự chỉ biến thiên độ lớn xảy ra khi một chiếc xe tăng tốc lúc đèn tín hiệu giao thông bật sang xanh. Một sự chỉ biến thiên hướng vận tốc của một vật xảy ra khi chiếc xe rẽ hướng ở vận tốc không đổi.
Gia tốc là độ biến thiên vận tốc trong đơn vị thời gian. Vận tốc có thể biến thiên về độ lớn hoặc hướng, hoặc cả hai. Gia tốc âm trong chuyển động ngang là gia tốc hướng sang bên trái. Nếu vận tốc ban đầu của một vật có chiều sang trái, thì gia tốc âm sẽ làm cho nó tăng tốc. Nếu vận tốc ban đầu của một vật có chiều sang phải, thì gia tốc âm sẽ làm cho nó giảm tốc.
Về mặt đại số, chúng ta có thể biểu diễn gia tốc như sau
Ví dụ 3. Vector gia tốc
Khi bị gậy hockey đập trúng, vận tốc của quả bóng hockey biến thiên từ 15 m/s [tây] đến 10 m/s [đông] trong 0,30 s. Hãy xác định gia tốc của quả bóng. Nhắc lại rằng trong hệ tọa độ chuẩn của chúng ta, ta có thể biểu diễn hướng tây là âm và hướng đông là dương.
Bài giải và liên hệ lí thuyết
Ví dụ 4. Gia tốc âm
Một chiếc xe trên đường đua đang chạy ở tốc độ 50 m/s. Một cái dù bung ra phía sau nó để tiếp sức với bộ phanh của xe đưa xe đến dừng lại. Gia tốc của chiếc xe này là dương hay âm? Chuyển động của nó thay đổi như thế nào nếu gia tốc có chiều ngược lại?
Bài giải và liên hệ lí thuyết
Nếu chúng ta sử dụng hệ tọa độ chuẩn và giả sử chuyển động ban đầu của chiếc xe là theo chiều dương, thì gia tốc của nó có chiều ngược lại với chuyển động ban đầu của nó. Vì thế, gia tốc của xe là âm. Nếu trong ví dụ của chúng ta, gia tốc của xe là – 4 m/s2, thì chiếc xe đang mất 4,0 m/s tốc độ trong mỗi giây. Giá trị âm của gia tốc không có nghĩa là chiếc xe chuyển động theo chiều ngược lại. Nó có nghĩa là chiếc xe đang thay đổi tốc độ 4,0 m/s2 theo chiều âm. Vì chiếc xe đang chạy theo chiều dương, nên chuyển động của nó chậm dần.
Đối với chuyển động trong không gian một chiều, chúng ta sẽ chỉ rõ chiều bằng cách sử dụng dấu + và -. Như vậy, 12 km [bắc] trở thành +12 km (viết là 12 km) và 12 km [nam] được viết là – 12 km.
Chúng ta cũng sẽ bỏ dấu vector trong các phương trình cho độ dời, vận tốc và gia tốc. Thay vào đó, chúng ta sẽ chỉ rõ hướng bằng cách sử dụng các dấu + và -. Chúng ta sẽ chỉ đặt mũi tên vector trên các biến nếu muốn nói tới đầy đủ đại lượng vector ấy (thí dụ d = 12 km [bắc]).
Vật lí - Các khái niệm và quan hệ
Nhiều tác giả
