Chuyển động cơ học là gì? Công thức tính chuyển động cơ học (chi tiết nhất)

Bài viết Chuyển động cơ học là gì? Công thức tính chuyển động cơ học với phương pháp giải chi tiết giúp học sinh ôn tập, biết cách làm bài tập Chuyển động cơ học là gì? Công thức tính chuyển động cơ học.

Chuyển động cơ học là gì? Công thức tính chuyển động cơ học (chi tiết nhất)

1. Chuyển động cơ học là gì?

1.1. Khái niệm:

Chuyển động cơ học là sự chuyển dời vị trí trong không gian của các vật hay là sự chuyển động của một bộ phận này so với bộ phận khác của cùng một vật. Hay nói cách khác khi vị trí của vật so với vật mốc thay đổi theo thời gian thì vật chuyển động so với vật mốc.

- Hiểu một cách đơn giản chuyển động cơ học có nghĩa là sự thay đổi vị trí của một vật theo thời gian so với vật khác.

- Một vật được coi là đứng yên khi vị trí của vật đó không thay đổi theo thời gian so với vật khác.

- Ví dụ: Một ô tô đang chuyển động so với hàng cây bên đường thì vật mỗ là hàng cây bên đường hoặc một quả táo rơi từ trên cây xuống thì vật mốc là cái cây.

1.2. Tính tương đối của chuyển động:

- Chuyển động hay đứng yên có tính tương đối, vì cùng một vật có thể được xem là chuyển động so với vật này nhưng cũng lại được xem là đứng yên so với vật khác.

+ Tính tương đối của chuyển động tùy thuộc vào vật chọn làm mốc

+ Thông thường người ta chọn Trái Đất hay những vật gắn với Trái Đất làm vật mốc

- Tính tương đối ở đây là chỉ một vật bất kỳ sẽ có thể được kết luận là đang chuyển động hay đang đứng yên còn tùy thuộc vào vật được chọn làm mốc. Đó cũng là cách mà dạng bài tập chuyển động phát triển theo mức khó và phức tạp hơn. Học sinh phải chọn đúng vị trí vật mốc trong khảo sát dịch chuyển đang tiến hành. Từ đó suy ra kết luận, một vật có thể đứng yên với vật này nhưng cũng có thể chuyển động với vật khác. Sự chuyển động và sự đứng yên phụ thuộc vào vật mốc được chọn. Đó chính là tính tương đối của chuyển động cơ học và đứng yên.

1.3. Các dạng chuyển động thường gặp:

- Đường mà vật chuyển động vạch ra gọi là quỹ đạo của chuyển động

Tùy thuộc vào hình dạng của quỹ đạo mà ta chia ra các dạng chuyển động: chuyển động thẳng, chuyển động cong và chuyển động tròn.

Sơ đồ mô tả chuyển động cơ học

+ Chuyển động thẳng có quỹ đạo chuyển động là đường thẳng, ví dụ như một vật rơi tự do từ trên cao xuống.

+ Chuyển động cong có quỹ đạo chuyển động là đường cong. ví dụ như ném, chuyền một vật như đánh bóng chuyền.

+ Chuyển động tròn có quỹ đạo chuyển động là đường trong. Ví dụ như cánh quạt quay.
1.4. Các loại chuyển động cơ học phổ biến là gì?

Chuyển động cơ học có thể được phân loại thành nhiều loại khác nhau. Nó dựa trên các yếu tố như tốc độ, hướng, quỹ đạo, và nhiều yếu tố khác. Một số loại chuyển động cơ học phổ biến bao gồm dưới đây.

1.4.1. Chuyển động cơ học thẳng

Chuyển động thẳng là một dạng chuyển động cơ bản. Trong đó, quỹ đạo của vật di chuyển theo một đường thẳng trong không gian. Một ví dụ cụ thể cho loại chuyển động này là khi một vật rơi tự do từ một vị trí cao xuống mặt đất. Trong trường hợp này, vật được tác động bởi trọng lực. Chuyển động của nó được miêu tả bằng những nguyên lý cơ học cổ điển. Đường chuyển động của vật sẽ là một đường thẳng dọc theo hướng trọng lực. Khi vật rơi, nó sẽ có một vận tốc ban đầu và gia tăng vận tốc theo hướng của trọng lực.

Các yếu tố khác có thể tạo ra những hiệu ứng phụ thuộc vào điều kiện cụ thể. Ví dụ như như kháng không khí và sự cản trở của môi trường. Trong trường hợp chuyển động tự do và không có lực ngoại vi, quỹ đạo sẽ là một đường thẳng.

Chuyển động cơ học thẳng

Chuyển động thẳng là cơ bản trong chuyển động cơ học cổ điển là gì. Nó thường được sử dụng để giải thích các hiện tượng tự do như vật rơi, đồng thời cung cấp cơ sở cho việc hiểu biết và mô phỏng các hệ thống chuyển động đơn giản trong nghiên cứu khoa học và ứng dụng kỹ thuật.

1.4.2. Chuyển động cơ học cong

Chuyển động cong là một dạng chuyển động cơ học phổ biến. Trong đó quỹ đạo của vật chuyển động là một đường cong. Điều này có nghĩa là vị trí của vật thay đổi theo một cách không tuyến tính khi nó di chuyển. Một ví dụ điển hình về chuyển động cong là khi bạn ném hoặc chuyền một vật. Khi bạn ném một quả bóng, quả bóng sẽ di chuyển theo một đường cong parabol. Sau đó nó mới rơi xuống mặt đất. Điều này xảy ra do tác động của lực hấp dẫn và lực ném tác động lên quả bóng.

Chuyển động cong cũng có thể được quan sát trong nhiều hiện tượng tự nhiên khác. Ví dụ, quỹ đạo của các hành tinh quanh Mặt Trời cũng là một dạng chuyển động cong. Trong trường hợp này, lực hấp dẫn của Mặt Trời làm cho các hành tinh di chuyển theo các đường cong elip.

Quỹ đạo của các hành tinh quanh Mặt Trời cũng là một dạng chuyển động cong

Hiểu rõ về chuyển động cong có thể giúp chúng ta dự đoán và mô phỏng cách chuyển động cơ học là gì trong không gian. Chuyển động cong được áp dụng trong nhiều lĩnh vực. Một ví dụ cụ thể là việc thiết kế các trò chơi vận động cũng áp dụng chuyển động cong. Việc tìm hiểu về cách các hành tinh di chuyển trong hệ Mặt Trời cũng dựa trên nguyên lý này.

1.4.3. Chuyển động cơ học tròn

Chuyển động tròn là một dạng chuyển động cơ học đặc biệt. Đó là khi vật chuyển động di chuyển theo một quỹ đạo hình tròn. Điều này có nghĩa là vị trí của vật liên tục thay đổi. Tuy nhiên chúng luôn giữ một khoảng cách cố định so với một điểm cố định. Khoảng cách đó gọi là tâm của đường tròn.

Một ví dụ điển hình về chuyển động tròn là cánh quạt quay. Khi bạn bật quạt, cánh quạt sẽ bắt đầu quay xung quanh trục của nó, tạo ra một quỹ đạo hình tròn. Tốc độ và hướng của cánh quạt liên tục thay đổi. Dù vậy, nó luôn giữ một khoảng cách cố định so với trục quạt. Chuyển động tròn không chỉ xuất hiện trong cuộc sống hàng ngày. Nó còn là một phần quan trọng của nhiều hiện tượng tự nhiên và kỹ thuật.

Ví dụ, các hành tinh di chuyển quanh Mặt Trời theo các quỹ đạo hình elip. Đây là một dạng của chuyển động tròn. Trong kỹ thuật, chuyển động tròn được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị như động cơ, bánh xe, và nhiều loại máy móc khác.

Quỹ đạo quay của bánh xe là chuyển động tròn

Hiểu rõ về chuyển động cơ học là tròn là gì giúp chúng ta áp dụng trong nhiều thiết kế kỹ thuật. Ví dụ như nguyên lý chuyển động bánh xe, các trò chơi cảm giác mạnh. Việc tìm hiểu về cách các hành tinh di chuyển trong hệ Mặt Trời cũng dựa trên chuyển động tròn.

2. Phương pháp giải bài tập chuyển động cơ học

2.1. Chuyển động cơ học

Trong cuộc sống thực tế, ta có thể thấy được một vật chuyển động hay đứng yên bằng mắt thường. Tuy nhiên trong vật lý thì không như vậy, muốn nhận biết được một vật có đang chuyển động hay vẫn đứng yên dựa vào vị trí của vật đó với một vật được chọn làm mốc. Vật làm mốc thường được chọn là những vật gắn liền với Trái Đất hoặc là Trái Đất như: nhà cửa, cây cối, biểu hiện ... Tuy nhiên trong nhiều dạng bài tập về chuyển động, người ra đề có thể đặt cả những vật di chuyển làm mốc.

- Để giải một bài toán về chuyển động cơ học thì ta phải làm rõ là vật này chuyển động hay đứng yên so với vật khác (vật làm mốc). Mà muốn biết vật A chuyển động hay đứng yên so với vật B thì ta phải xem xét vị trí của vật A so với vật B, nếu:

+ Vị trí của vật A so với vật B có thay đổi theo thời gian thì ta nói vật A chuyển động so với vật B.

+ Vị trí của vật A so với vật B không thay đổi theo thời gian thì ta nói vật A đứng yên so với vật B.

Sự chuyển động của con tàu so với đường ray

- Để chứng minh chuyển động hay đứng yên mang tính tương đối thì ta phải chọn ra ít nhất 3 vật: vật A, vật B và vật C. Sao cho vật A chuyển động so với vật B nhưng lại đứng yên so với vật C.

- Xác định vật đứng yên: Một vật được coi là đứng yên khi vị trí của vật so với vật mốc không thay đổi theo thời gian thì vật đứng yên so với vật mốc. Để nhận biết một vật chuyển động người ta dựa vào vị trí của vật đó so với vật khác được chọn làm mốc, gọi là vật mốc. Nếu vị trí của vật không thay đổi so với vật mốc thì vật đứng yên so với vật mốc

- Xác định vật chuyển động: Một vật được coi là đang chuyển động khi vi trí của vật so với vật mốc thay đổi theo thời gian thì vật chuyển động so với vật mốc. Có nhiều cách khác nhau để nhận biết một vật chuyển động hay không. Để nhận biết một vật chuyên động người ta dựa vào vị trí của vật đó so với vật khác được chọn làm mốc, gọi là vật mốc. Nếu vị trí của vật thay đổi so với vật mốc theo thời gian thì vật chuyển động so với vật mốc.

2.2. Tính tương đối của chuyển động

Tính tương đối của chuyển động cơ học dựa theo thuyết tương đối của Albert Einstein. Nó đưa ra một quan điểm mới đối với khái niệm vị trí và chuyển động trong vật lý. Thay vì coi một hệ tọa độ nào đó là tuyệt đối, thuyết tương đối cho rằng mọi vật thể đều có thể được xem xét như đang ở trạng thái nghỉ. Trong khi đó, mọi hệ thống đều có thể được coi là đang chuyển động. Một vật có thể được coi là đang chuyển động hoặc đứng yên tùy thuộc vào vật tham chiếu được xác định.

Chẳng hạn, khi người lái xe ngồi trong ô tô, họ có thể được xem xét là đứng yên so với ô tô. Đó là vì vị trí của họ không thay đổi theo thời gian so với ô tô. Ví dụ: so với ghế trên xe ô tô hoặc so với người ngồi cùng xe. Tuy nhiên, nếu ta lấy người tài xế và môi trường xung quanh là hệ tọa độ, kết quả sẽ khác đi. Ví dụ với cây cối bên đường, tài xế trở thành một vật thể chuyển động. Điều này xảy ra vì vị trí của người lái xe thay đổi theo thời gian đối với cây cối.

Vật chuyển động đều có tính tương đối

Quan trọng nhất, thuyết tương đối không chỉ thay đổi cách ta hiểu về chuyển động và thời gian. Nó còn có những ứng dụng rất lớn trong thực tế. Các thí nghiệm và quan sát đã chứng minh chính xác của thuyết tương đối. Giờ đây, nó đã trở thành một phần không thể thiếu của lĩnh vực vật lý hiện đại.

2.3. Sơ đồ tư duy về chuyển động cơ Vật lí 8

3. Cách xác định vật đứng yên hay chuyển động - cho ví dụ về chuyển động và đứng yên

3.1. Cách xác định vật đứng yên hay chuyển động

Để xác định trạng thái chuyển động của một vật, có nhiều phương pháp khác nhau được sử dụng trong lĩnh vực Vật lý. Cụ thể, cách xác định vật đứng yên hay chuyển động thường được áp dụng như sau.

3.1.1. Vật đứng yên trong chuyển động cơ học là gì?

Trong lĩnh vực Vật lý, việc xác định một vật có đang đứng yên hay không phụ thuộc vào việc so sánh vị trí của vật đó so với một “vật mốc” cố định. Nếu vị trí của vật không thay đổi theo thời gian so với vật mốc, thì vật đó được coi là đang đứng yên. Vật mốc có thể là bất kỳ vật gì. Người thường lựa chọn Trái Đất và các thực thể liên quan đến nó. Chẳng hạn như nhà cửa, cây cối, cột cây số…. Việc chọn vật mốc phù hợp giúp chúng ta dễ dàng nhận biết và mô tả chuyển động của các vật khác.

Ví dụ, để xác định một người đang đứng bên đường có đang di chuyển hay không, chúng ta có thể so sánh vị trí của người đó so với một cây cột điện hoặc một cây cối bên đường. Nếu theo thời gian, vị trí của người đó không thay đổi so với cây cột điện hoặc cây cối. Lúc này, ta kết luận người đó được coi là đang đứng yên.

Tài xế đứng im so với chiếc xe

Như vậy, việc xác định một vật có đang đứng yên hay không không chỉ phụ thuộc vào vật đó. Nó còn phụ thuộc vào việc chúng ta chọn vật mốc là gì. Điều này cho thấy sự phức tạp và đa dạng của chuyển động cơ học. Đây cũng là một phần quan trọng trong việc hiểu và mô tả thế giới xung quanh chúng ta.

3.1.2. Vật chuyển động trong chuyển động cơ học là gì?

Để xác định trạng thái chuyển động của một vật, Vật lý học cung cấp nhiều phương pháp đa dạng. Trong quá trình nhận biết vật chuyển động, người ta thường dựa vào vị trí của vật đó so với một vật khác được chọn làm điểm tham chiếu. Chúng được đặt tên là vật mốc. Khi vị trí của vật thay đổi theo thời gian so với vật mốc, ta có thể kết luận rằng vật đó đang chuyển động.

Một vật được xem xét là đang chuyển động khi vị trí của nó thay đổi theo thời gian đối với vật mốc. Việc này áp dụng trong nhiều tình huống khác nhau. Chúng áp dụng từ đo lường chuyển động trong vật lý cổ điển và được áp dụng để theo dõi phương tiện chuyển động trong cơ học hiện đại và theo dõi hệ thống trong thế giới thực.

Chiếc xe chuyển động so với cảnh ven đường

Chẳng hạn, để xác định xem một chiếc ô tô trên đường có đang chuyển động hay không, ta có thể so sánh vị trí của ô tô so với cây cột điện bên đường hoặc so với cây cối bên đường. Nếu theo thời gian, vị trí của ô tô thay đổi đối với cây cột điện. Từ đó, ta có thể kết luận rằng ô tô đang trong trạng thái chuyển động.

3.2. Ví dụ

Chuyển động của chiếc xe với cây cột điện/ người đứng ven đường

Như hình ảnh bên trên chúng ta có thể thấy chiếc xe tải chuyển động cơ học so với vật làm mốc là cây cột điện và ngược lại. Cột điện đứng yên so với vật mốc là chiếc xe tải.

- Hoặc một chiếc xe máy đang chuyển động so với cây cột điện bên đường, vật mốc là cây cột điện.

- Ví dụ về chuyển động:

+ Chuyển động của máy bay trên bầu trời

+ Chuyển động của tàu trên biển

- Ví dụ về đứng yên:

+ Người lái xe ngồi trên ô tô là đứng yên so với ô tô (cụ thể là so với ghế trên xe ô tô hoặc so với người ngồi cùng xe) vì vị trí của họ không thay đổi theo thời gian so với xe ô tô. Nhưng người lái xe lại là chuyển động so với cây cối bên đường vì vị trí của họ thay đổi so với cây cối bên đường theo thời gian.

+ Hoặc ví dụ khác là so với nhà ga thì hành khách trên tàu đang chuyển động (chuyển động cùng với tàu) vì vị trí của hành khách so với nhà ga thay đổi theo thời gian. Nhưng so với toa tàu thì hành khách trên tàu đang đứng yên vì vị trí của khách hàng không thay đổi theo thời gian so với toa tàu.

4. Bài tập chuyển đông cơ học

Câu 1: Một ô tô chở khách chạy trên đường, người phụ lái đi soát vé của hành khách trên xe. Nếu chọn người lái xe làm vật mốc thì trường hợp nào dưới đây đúng?

A. Người phụ lái đứng yên

B. Ô tô đứng yên

C. Cột đèn bên đường đứng yên

D. Mặt đường đứng yên

⇒ Đáp án B

Nếu chọn người lái xe làm vật mốc thì ô tô đứng yên.

Câu 2: Hành khách trên tàu A thấy tàu B đang chuyển động về phía trước. Còn hành khách trên tàu B lại thấy tàu C cũng đang chuyển động về phía trước. Vậy hành khách trên tàu A sẽ thấy tàu C

A. đứng yên.

B. chạy lùi ra sau.

C. tiến về phía trước.

D. tiến về phía trước rồi sau đó lùi ra sau.

⇒ Đáp án C

Hành khách trên tàu A sẽ thấy tàu B và C chuyển động cùng chiều về phía trước.

Câu 3: Một xe chuyển động từ A về B. Nửa quãng đường đầu vận tốc của xe là $v_1$ , nửa quãng đường sau vận tốc của xe là $v_2$ . Tính vận tốc trung bình của xe trên cả quãng đường.

A.$v=\frac{2v_1{v}_2}{v_1+v_2}$

B.$v=\frac{v_1{v}_2}{v_1+v_2}$

C.$v=\frac{v_1{v}_2}{2\left(v_1+v_2\right)}$

D.$v=\frac{2v_1{v}_2}{2v_1+3v_2}$

Giải:

Gọi S là độ dài quãng đường AB, gọi v là vận tốc trung bình của xe trên cả quãng đường AB.

Thời gian đi từ A về B là $t=\frac{s}{v}$ (1)

Mặt khác, theo bài ra ta có $t=\frac{S}{2v_1}+\frac{S}{2v_2}$ (2)

Từ (1) và (2) ta có: $\frac{S}{v}=\frac{S}{2v_1}+\frac{S}{2v_2}\Rightarrow v=\frac{2v_1{v}_2}{v_1+v_2}$

Câu 4: Một xe chuyển động từ A về B. Vận tốc của xe trong $\frac{1}{3}$ quãng đường đầu là $v_1=40km/h$ , trong $\frac{1}{3}$ quãng đường tiếp theo là $v_2=60km/h$ và vận tốc trên quãng đường còn lại là $v_2=60km/h$ . Tính vận tốc trung bình của xe trên cả quãng đường.

A. v = 40km/h

B. v = 35km/h

C. v = 36km/h

D. v = 34km/h

Giải:

Gọi S là độ dài quãng đường AB, gọi v là vận tốc trung bình của xe trên cả quãng đường AB.

Thời gian từ A về B là: $t=\frac{S}{v}$ (1)

Mặt khác, theo bài ra ta có: $t=\frac{S}{3v_1}+\frac{S}{3v_2}+\frac{S}{3v_3}=\frac{S}{120}+\frac{S}{180}+\frac{S}{90}=\frac{S}{40}$ (2)

Từ (1) và (2) ta có: $\frac{S}{v}=\frac{S}{40}\Rightarrow v=40km/h$

Chọn A

Câu 5: Một người đi xe đạp từ A đến B với vận tốc $v_1=12km/h$ nếu người đó tăng vận tốc lên 3km/h thì đến sớm hơn 1h.

a. Tìm quãng đường AB và thời gian dự định từ A đến B.

b. Ban đầu người đó đi với vận tốc $v_1=12km/h$ được quãng đường $s_1$ thì xe bị hỏng phải sửa chữa mất 15 phút. Do đó trong quãng đường còn lại người ấy đi với vận tốc $v_2=15km/h$ thì đến nới vẫn sớm hơn dự định 30’. Tìm quãng đường $s_1$ .

Lời giải:

a. Giả sử quãng đường AB là s thì thời gian dự định đi hết quãng đường AB là: $\frac{s}{v_1}=\frac{s}{12}\left(h\right)$

Vì người đó tăng vận tốc lên 3km/h và đến sớm hơn 1h nên.

$\frac{S}{v_1}–\frac{S}{v_1+3}=1$$\iff \frac{s}{12}-\frac{s}{15}=1$ $\Rightarrow s=60km$

Thời gian dự định đi từ A đến B là: $T=\frac{s}{12}=\frac{60}{12}=5h$

b. Gọi t1’ là thời gian đi quãng đường : $t_1’=\frac{S_1}{v_1}$

Thời gian sửa xe: $\Delta t=15\text{'}=\frac{1}{4}h$

Thời gian đi quãng đường còn lại: $t_2’=\frac{S–S_1}{v_2}$

Theo bài ra ta có: $t_1-\left(t_1\text{'}+\frac{1}{4}+t_2’\right)=\frac{1}{2}$

$\iff t_1-\frac{S_1}{v_1}-\frac{1}{4}-\frac{S-S_1}{v_2}=\frac{1}{2}\left(1\right)$

$\Rightarrow \frac{S}{v_1}-\frac{S}{v_2}-s_1\left(\frac{1}{v_1}-\frac{1}{v_2}\right)=\frac{1}{2}+\frac{1}{4}=\frac{3}{4}\left(2\right)$

$\left(1\right)+\left(2\right)\to S_1\left(\frac{1}{v_1}-\frac{1}{v_2}\right)=1-\frac{3}{4}=\frac{1}{4}$

Hay $S_1=\frac{1}{4}\frac{v_1.v_2}{v_2-v_1}=\frac{1}{4}.\frac{12.15}{15-12}=15km$

Xem thêm các bài viết để học tốt môn Vật Lí sách mới hay, chi tiết khác:

• Chu kì con lắc đơn là gì? Công thức tính chu kì con lắc đơn

• Chuyển động nhanh dần đều là gì? Công thức tính chuyển động nhanh dần đều

• Cơ năng là gì? Cách tính cơ năng

• Vật nhiễm điện là gì? Công thức tính vật nhiễm điện

• Con lắc lò xo là gì? Công thức tính con lắc lò xo

• Công cơ học là gì? Công thức tính công cơ học

---