Vật Lý 10 KNTT Bài 5: Tốc độ và vận tốc

a. Tốc độ trung bình

- Người ta dùng hai cách sau đây để xác định độ nhanh hay chậm của chuyển động:

+ So sánh quãng đường đi được trong cùng một thời gian.

+ So sánh thời gian để đi cùng một quãng đường.

- Người ta thường dùng quãng đường đi được trong cùng một đơn vị thời gian 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

Tốc độ trung bình = [Quãng đường đi được : Thời gian]

\(v = \frac{S}{t}\)                (5.1a)

Chú ý: Nếu gọi quãng đường đi được tại thời điểm t₁ là S₁, tại thời điểm t₂ là S₂ thì:

- Thời gian đi là: \(\Delta t = {t_2} - {t_1}\) 

- Quãng đường đi được trong thời gian \(\Delta t\) là \(\Delta s = {s_2} - {s_1}\) 

- Tốc độ trung bình của chuyển động là \(v = \frac{{\Delta s}}{{\Delta t}}\)        (5.1b)

b. Tốc độ tức thời

- Trên xe máy hoặc ô tô, đồng hồ tốc độ (tốc kế) đặt trước mặt người lái xe, chỉ tốc độ mà xe đang chạy vào thời điểm người lái xe đọc số chỉ của tốc kế. Tốc độ này được gọi là tốc độ tức thời.

- Khái niệm tốc độ tức thời liên quan đến phép tính đạo hàm của môn Toán sẽ được học ở lớp 11. Có thể coi tốc độ tức thời là tốc độ trung bình trong một khoảng thời gian rất ngắn.

a. Vận tốc trung bình

- Biết tốc độ và thời gian chuyển động nhưng chưa biết hướng chuyển động thì chưa thể xác định được vị trí của vật.

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

- Trong Vật lí, người ta dùng thông số của độ dịch chuyển và thời gian dịch chuyển để xác định độ nhanh, chậm của chuyển động theo một hướng xác định. Đại lượng này được gọi là vận tốc trung bình, kí hiệu là v.

\(v = \frac{{\Delta s}}{{\Delta t}}\)    (5.2a)

Trong tự như trường hợp (5.1b), ta có thể viết: \(v = \frac{{\Delta s}}{{\Delta t}}\)     (5.2b)

Trong đó \({\Delta d}\) 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.

b. Vận tốc tức thời

Vận tốc tức thời là vận tốc tại một thời điểm xác định, được kí hiệu là \(\overrightarrow {{v_t}} \)

\(\overrightarrow {{v_t}}  = \frac{{\Delta \overrightarrow d }}{{\Delta t}}\)

c. Tổng hợp vận tốc

* Tổng hợp hai vận tốc cùng phương

Bài tập ví dụ:

Trên đoàn tàu đang chạy thẳng với vận tốc trung bình 36 km/h so với mặt đường, một hành khách đi về phía đầu tàu với vận tốc 1 m/s so với mặt sàn tàu

a) Hành khách này tham gia mấy chuyển động?

b) Làm cách nào để xác định được vận tốc của hành khách đối với mặt đường?

Giải

a) Hành khách này tham gia 2 chuyển động: Chuyển động với vận tốc 1 m/s so với sàn tàu và chuyển động do tàu kéo đi (chuyển động kéo theo) với vận tốc bằng vận tốc của tàu so với mặt đường. Chuyển động của hành khách sovới mặt đường là tổng hợp của hai chuyển động trên.

b) Nếu gọi \(\overrightarrow {{v_{1,2}}} \) là vận tốc của hành khách so với tàu, \(\overrightarrow {{v_{2,3}}} \) là vận tốc của tàu so với mặt đường và \(\overrightarrow {{v_{1,3}}} \) là vận tốc của hành khách so với mặt đường thì: \(\overrightarrow {{v_{1,3}}}  = \overrightarrow {{v_{1,2}}} {\rm{ }} + \overrightarrow {{v_{2,3}}} {\rm{ }}\)

Vì các chuyển động trên đều là chuyển động thẳng theo hướng chạy của đoàn tàu nên:

V_1,3 = V_1,2 + V_2,3 = 1 m/s + 10 m/s = 11 m/s.

Hướng của vận tốc là hướng đoàn tàu chạy.

* Tổng hợp hai vận tốc vuông góc với nhau

Bài tập ví dụ: Một ca nô chạy trong hồ nước yên lặng có vận tốc tối đa 18 km/h. Nếu ca nô chạy ngang một con sông có dòng chảy theo hướng Bắc - Nam với vận tốc lên tới 5 m/s thì vận tốc tối đa nó có thể đạt được so với bờ sông là bao nhiều và theo hướng nào?

Giải

Gọi vận tốc của ca nô đối với mặt nước là \(\overrightarrow {{v_{1,2}}} \), vận tốc của nước chảy đối với bờ sông là \(\overrightarrow {{v_{2,3}}} \).

Vận tốc của ca nô đối với bờ sông là: \(\overrightarrow {{v_{1,3}}}  = \overrightarrow {{v_{1,2}}} {\rm{ }} + \overrightarrow {{v_{2,3}}} {\rm{ }}\)

Suy ra: \({v_{1,3}} = \sqrt {v_{1,2}^2 + v_{2,3}^2}  = \sqrt {{5^2} + {5^2}}  = 7,07m/s\)

Vì AB = BC nên \(\Delta \)ABC là tam giác vuông cân và góc BAC = 45°. Hướng của vận tốc nghiêng 45° theo hướng Đông - Nam 

Một vận động viên người Nam Phi đã lập kỉ lục thế giới về chay ba cư lị: 100 m, 200 m và 400 m (Bảng 5.1).

Hãy dùng hai cách trên để xác định vận động viên này chạy nhanh nhất ở cự li nào?

Hướng dẫn giải

* Cách 1: So sánh quãng đường đi được trong cùng một thời gian.

- Quãng đường vận động viên đi được trong 1 s ở mỗi cự li là:

+ Cự li 100 m: \({s_1} = \frac{{100}}{{9,98}} = 10,02\left( m \right)\)

+ Cự li 200 m: \({s_2} = \frac{{200}}{{19,94}} = 10,03\left( m \right)\)

+ Cự li 400 m: \({s_3} = \frac{{400}}{{43,45}} = 9,21\left( m \right)\)

→ Vận động viên chạy nhanh nhất trong cự li 200 m.

* Cách 2: So sánh thời gian để đi cùng một quãng đường.

- Thời gian để vận động viên chạy quãng đường 100 m ở mỗi cự li là:

+ Cự li 100 m: \({t_1} = 9,98\left( s \right)\)

+ Cự li 200 m: \({t_2} = 100:\frac{{200}}{{19,94}} = 9,97(s)\)

+ Cự li 400 m: \({t_3} = 100:\frac{{400}}{{43,45}} = 10,86(s)\)

→ Vận động viên chạy nhanh nhất ở cự li 200 m

Sau bài học này, học sinh sẽ xác định được: 

- Tốc độ trung bình trên một đoạn đường xác định

- Tốc độ tức thời là tốc độ tại một thời điểm xác định.

- Vận tốc trung bình trên một độ dịch chuyển xác định (hoặc trường hợp trong một khoảng thời gian xác định)

Các em có thể hệ thống lại nội dung kiến thức đã học được thông qua bài kiểm tra Trắc nghiệm Vật Lý 10 KNTT Bài 5: Tốc độ và vận tốc cực hay có đáp án và lời giải chi tiết. 

• Câu 1:

  Muốn một vật từ một máy bay đang bay trên trời rơi thẳng đứng xuống mặt đất thì?

  • A. Ném vật ngược chiều bay với vận tốc bằng vận tốc máy bay.
  • B. Ném vật theo phương vuông góc với hướng bay với vận tốc bất kỳ.
  • C. Ném vật lên phía trước máy bay với vận tốc bằng vận tốc máy bay.
  • D. Thả vật rơi tự do từ thân máy bay.

• Câu 2:

  Hai tàu điện chuyển động ngược chiều nhau trên hai con đường song song cạnh nhau. Tàu thứ nhất có chiều dài 100m, tàu thứ hai có chiều dài 60m. Tốc độ của tàu thứ hai bằng 3 lần tốc độ của tàu thứ nhất. Biết rằng mất 4 giây để hai tàu đi qua. Vận tốc của hai tàu là

  • A. v1 = 10 m/s, v2 = 30 m/s
  • B. v1 = 2,5 m/s, v2 = 7,5 m/s
  • C. v1 = 20 m/s, v2 = 60 m/s
  • D. v1 = 5 m/s, v2 = 15 m/s

• Câu 3:

  Một vật nhỏ văng ra từ khinh khí cầu đang chuyển động thẳng đứng lên trên. Người thứ nhất đứng ở dưới đất, người thứ hai đang ở trên khinh khí cầu. Ngay sau khi vật văng ra thì

  • A. Cả hai quan sát thấy vật đang đi xuống
  • B. Cả hai quan sát thấy vật đang đi lên
  • C. Người đứng dưới đất quan sát thấy vật đang đi xuống, người trên khinh khí cầu cảm thấy vật đang đi lên
  • D. Người đứng dưới đất quan sát thấy vật đang đi lên, người trên khinh khí cầu quan sát thấy vật đang đi xuống

Câu 4-10: Mời các em đăng nhập xem tiếp nội dung và thi thử Online để củng cố kiến thức về bài học này nhé!

Các em có thể xem thêm phần hướng dẫn Giải bài tập Vật Lý 10 KNTT Bài 5: Tốc độ và vận tốc để giúp các em nắm vững bài học và các phương pháp giải bài tập.

Hoạt động 1 trang 26 SGK Vật Lý 10 Kết nối tri thức - KNTT

Giải câu hỏi 1 trang 26 SGK Vật Lý 10 Kết nối tri thức - KNTT

Giải câu hỏi 2 trang 26 SGK Vật Lý 10 Kết nối tri thức - KNTT

Giải câu hỏi 1 trang 27 SGK Vật Lý 10 Kết nối tri thức - KNTT

Giải câu hỏi 2 trang 27 SGK Vật Lý 10 Kết nối tri thức - KNTT

Giải câu hỏi 3 trang 27 SGK Vật Lý 10 Kết nối tri thức - KNTT

Giải câu hỏi 1 trang 28 SGK Vật Lý 10 Kết nối tri thức - KNTT

Giải câu hỏi 2 trang 28 SGK Vật Lý 10 Kết nối tri thức - KNTT

Giải câu hỏi 3 trang 28 SGK Vật Lý 10 Kết nối tri thức - KNTT

Giải câu hỏi 4 trang 28 SGK Vật Lý 10 Kết nối tri thức - KNTT

Giải câu hỏi 5 trang 28 SGK Vật Lý 10 Kết nối tri thức - KNTT

Giải câu hỏi 1 trang 29 SGK Vật Lý 10 Kết nối tri thức - KNTT

Giải câu hỏi 2 trang 29 SGK Vật Lý 10 Kết nối tri thức - KNTT

Giải Bài tập 5.1 trang 9 SBT Vật lý 10 Kết nối tri thức - KNTT

Giải Bài tập 5.2 trang 9 SBT Vật lý 10 Kết nối tri thức - KNTT

Giải Bài tập 5.3 trang 9 SBT Vật lý 10 Kết nối tri thức - KNTT

Giải Bài tập 5.4 trang 9 SBT Vật lý 10 Kết nối tri thức - KNTT

Giải Bài tập 5.5 trang 9 SBT Vật lý 10 Kết nối tri thức - KNTT

Giải Bài tập 5.6 trang 9 SBT Vật lý 10 Kết nối tri thức - KNTT

Giải Bài tập 5.7 trang 10 SBT Vật lý 10 Kết nối tri thức - KNTT

Giải Bài tập 5.8 trang 10 SBT Vật lý 10 Kết nối tri thức - KNTT

Giải Bài tập 5.9 trang 10 SBT Vật lý 10 Kết nối tri thức - KNTT

Trong quá trình học tập nếu có thắc mắc hay cần trợ giúp gì thì các em hãy comment ở mục Hỏi đáp, Cộng đồng Vật lý HOC247 sẽ hỗ trợ cho các em một cách nhanh chóng!

Chúc các em học tập tốt và luôn đạt thành tích cao trong học tập!