Chuyển động thẳng SVIP

1. MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN TRONG CHUYỂN ĐỘNG

- Chất điểm: Một vật chuyển động được coi là chất điểm nếu kích thước của nó rất nhỏ so với quãng đường mà nó đi được hoặc so với khoảng cách đang xét.
Ví dụ: Khi nghiên cứu quỹ đạo chuyển động của Trái Đất quanh Mặt Trời (khoảng 150 triệu km), có thể coi Trái Đất (đường kính khoảng 12700 km) như một chất điểm.

- Vị trí: Để xác định vị trí của vật, ta cần:

• Chọn một vật khác làm gốc.
• Gắn vật làm gốc vào một trục Ox (chuyển động thẳng) hoặc hệ tọa độ Oxy (chuyển động trong mặt phẳng).
• Vị trí của vật có thể được xác định bởi tọa độ \(x=\overline{OM}\) hoặc \(\left(x,\right.\) \(y)\).

Vị trí của vật M tại một thời điểm trên trục Ox

Hệ quy chiếu gồm vật làm gốc, hệ trục tọa độ kết hợp đồng hồ đo thời gian.

- Thời điểm: Trên trục thời gian, chọn một điểm nhất định làm gốc thời gian thì mọi điểm khác trên trục thời gian gọi là thời điểm.

- Quỹ đạo: Đường nối những vị trí liên tiếp của vật theo thời gian trong quá trình chuyển động.

2. TỐC ĐỘ

➤ Tốc độ trung bình

Tốc độ đặc trưng cho tính chất nhanh, chậm của chuyển động.

Tốc độ trung bình của vật xác định bằng thương số giữa quãng đường vật đi được và thời gian để vật thực hiện quãng đường đó.

\(v_{tb}=\dfrac{s}{\Delta t}\)

Đơn vị:

• Trong hệ SI: m/s (mét/giây).
• Một số đơn vị thường dùng: km/h (kilômét trên giờ), km/s (kilômét trên giây), mi/h (dặm trên giờ), cm/s (xentimét trên giây).

➤ Tốc độ tức thời

Tốc độ tức thời (kí hiệu \(v\)) là tốc độ trung bình tính trong khoảng thời gian rất nhỏ, diễn tả sự nhanh, chậm của chuyển động tại thời điểm đó.

Nếu vật chuyển động với tốc độ tức thời không đổi thì chuyển động của vật là chuyển động đều. Ngược lại, vật chuyển động với tốc độ tức thời thay đổi thì chuyển động của vật là không đều.

Trên các phương tiện giao thông như ô tô, xe máy,… tốc độ tức thời được hiển thị bởi tốc kế.

 Tốc kế

3. VẬN TỐC

➤ 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 bằng độ biến thiên tọa độ của vật:

\(d=x_2-x_1=\Delta x\)

Độ dịch chuyển là đại lượng vectơ, 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:

➤ Vận tốc

Để xác định độ nhanh, chậm của chuyển động theo một hướng xác định, người ta dùng thương số của độ dịch chuyển và thời gian dịch chuyển. Đại lượng này gọi là vận tốc trung bình, kí hiệu là \(\text{v}_{tb}\).

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

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

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.

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

\(\overrightarrow{\text{v}_{}}=\dfrac{\Delta\overrightarrow{d}}{\Delta t}\) với \(\Delta t\) rất nhỏ

4. ĐỒ THỊ ĐỘ DỊCH CHUYỂN - THỜI GIAN

➤ Vẽ đồ thị độ dịch chuyển - thời gian dựa vào số liệu cho trước

Xét 2 chuyển động với độ dịch chuyển và thời gian như các bảng dưới: Chuyển động của con rùa theo đường thẳng và chuyển động rơi của viên bi.

Bảng số liệu về độ dịch chuyển theo thời gian của con rùa

Bảng số liệu về độ dịch chuyển theo thời gian của viên bi

Chọn gốc tọa độ tại vị trí xuất phát, chiều dương là chiều chuyển động. Ta có đồ thị độ dịch chuyển - thời gian của hai chuyển động như sau:

Đồ thị độ dịch chuyển - thời gian của con rùa

Đồ thị độ dịch chuyển - thời gian của viên bi

Nhận xét:

- Đồ thị \(\left(d-t\right)\) mô tả chuyển động của con rùa là đường thẳng đi qua gốc tọa độ. Chuyển động của con rùa là chuyển động thẳng đều.

- Đồ thị \(\left(d-t\right)\) mô tả chuyển động rơi của viên bi là đường cong đi qua gốc tọa độ. Chuyển động của viên bi là chuyển động thẳng nhanh dần vì độ dịch chuyển của viên bi trong những khoảng thời gian bằng nhau tăng lên.

➤ Xác định vận tốc từ độ dốc của đồ thị \(\left(d-t\right)\)

Vận tốc tức thời của một vật tại một thời điểm được xác định bằng độ dốc của tiếp tuyến với đồ thị \(\left(d-t\right)\) tại thời điểm đó.

Tốc độ tức thời tại một thời điểm là độ lớn của độ dốc tiếp tuyến với đồ thị \(\left(d-t\right)\) tại điểm đó.

Minh họa cách xác định vận tốc tức thời từ đồ thị \(\left(d-t\right)\) của chuyển động của con rùa

Minh họa cách xác định vận tốc tức thời từ đồ thị \(\left(d-t\right)\) của chuyển động rơi của viên bi