Vận tốc là gì? Công thức tính vận tốc (chi tiết nhất)

Bài viết Vận tốc là gì? Công thức tính vận tốc với phương pháp giải chi tiết giúp học sinh ôn tập, biết cách làm bài tập Vận tốc là gì? Công thức tính vận tốc.

Vận tốc là gì? Công thức tính vận tốc (chi tiết nhất)

1. Vận tốc là gì?

Vận tốc là một đại lượng vật lý mô tả mức độ nhanh chậm và chiều chuyển động của một vật thể trong không gian. Vận tốc được xác định dựa trên quãng đường đi được trong một đơn vị thời gian nhất định.

Vận tốc được biểu diễn bởi đại lương vectơ - một đại lượng vật lý có hướng dưới dạng dấu mũi tên:

● Đầu mũi tên biểu thị chiều chuyển động của vật thể;

● Độ dài mũi tên cho biết tốc độ nhanh hay chậm của chuyển động.

Đơn vị của vận tốc

● Đơn vị của vận tốc phụ thuộc vào đơn vị của độ dài và đơn vị thời gian.

● Đơn vị của vận tốc chính là đơn vị của tốc độ ( đều là đại lượng được biểu thị dạng số )

● Trong SI, quãng đường được đo bằng mét ( m ) , thời gian được đo bằng giây ( s ) do vậy đơn vị vật lý của vận tốc sẽ là m / s. Ngoài ra, đơn vị vận tốc khác thường dùng và hợp pháp là km / h với mức quy đổi:

1 m/s = 3,6 km/h

1 km/h = 0,28 m/s

● Độ lớn của vận tốc được đo bằng dụng cụ gọi là tốc kế (hay đồng hồ vận tốc). Tốc kế thường gắn trên xe ô tô, xe máy để đo vận tốc chuyển động của xe.

2. Công thức tính vận tốc

Công thức khái quát: $v=\frac{s}{t}$

Trong đó:

● v là giá trị vận tốc chuyển động của vật, đơn vị km/h hoặc m/s

● s là quãng đường vật đi được, đơn vị km hoặc m

● t là thời gian vật chuyển động, đơn vị h hoặc m

3. Một số công thức tính vận tốc đặc biệt

3.1. Công thức tính vận tốc trung bình

Người ta định nghĩa vận tốc trung bình là tỷ số giữa sựt hay đổi vị trí của vật trong khoảng thời gian đang xét và khoảng thời gian đó. Công thức tính giá trị vận tốc trung bình là: $V_{tb}=\frac{r-r_0}{t-t_0}$

Trong đó:

$V_{tb}$là giá trị vận tốc trung bình.

r là vị trí lức sau, là vị trí lúc đầu.

t là thời điểm cuối, là thời điểm đầu.

$r-r_0$là độ dịch chuyển của vật.

Đây là công thức biểu thị giá trị của vận tốc trung bình, nếu biểu thị chính xác bản chất của đại lượng vận tốc, ta cần thêm các dẫu mũi tên ( ký hiệu của vectơ ) trên mỗi đại lượng của v và r vì đây là các đại lượng có hướng. Cụ thể: $\overrightarrow{V_{tb}}=\frac{\overrightarrow{r}-\overrightarrow{r_0}}{t-t_0}=\frac{\Delta \overrightarrow{r}}{\Delta t}$

Vận tốc trung bình trên những khoảng thời gian khác nhau thì sẽ mang các giá trị khác nhau. Thêm nữa, cần phân biệt với tốc độ trung bình được định nghĩa là tổng quãng đường đi được chia cho khoảng thời gian xét.

$v=\frac{s}{t}=\frac{s_1+s_2+\mathrm{...}+s_n}{t_1+t_2+\mathrm{...}+t_n}$

Trong đó:

● v là tốc độ trung bình

● s là tổng quãng đường đi được tỏng khoảng thời gian được xét

● t là khoảng thời gian được xét

$s_1,s_2,\mathrm{...},s_n$ là những quãng đường thành phần đi được tương ứng với khoảng thời gian thành phần là $t_1,t_2,\mathrm{...},t_n$

3.2. Công thức tính vận tốc tức thời

Vận tốc tức thời mô tả sự nhanh hay chậm và chiều chuyển động tại một thời điểm nào đó trên đường đi của vật. Nếu vận tốc trung bình cho ta cái nhìn tổng quát về vận tốc của vật trong một khoảng thời gian xác định và một quãng đường dài thì vận tốc tức thời biểu thị vận tốc cụ thể tại một thời điểm.

Để tính vận tốc tức thời tại một thời điểm, ta xét vận tốc trung bình trong khoảng thời gian vô cùng nhỏ tính từ thời điểm đó. Khái niệm giới hạn trong tính toán giải tích sẽ giúp bạn làm được điều này.

$\overrightarrow{v}=\frac{\overrightarrow{r}-\overrightarrow{r_0}}{t-t_0}=\frac{\Delta \overrightarrow{r}}{\Delta t}$

Phương trình toán học trên cho biết khi khoảng thời gian được xét tiến dần về 0 thì vận tốc trung bình tiến dần đến vận tốc tức thời tại điểm t0. Giưới hạn này đồng nghĩa với đọa hàm của vị trí theo thời gian. Vận tốc tức thời sẽ được biểu thị dưới dạng công thức như sau: $\overrightarrow{v}=\frac{d\overrightarrow{r}}{dt}$

Trong đó:

● v là vec-tơ vận tốc tức thời

● r là vec-tơ vị trí như một hàm số của thời gian

● t là thời gian

3.3. Công thức tính vận tốc góc

Vận tốc góc của chuyển động quay của vật thể là đại lượng vec-tơ thể hiện mức độ thay đổi theo thời gian vị trí góc của vật và hướng của sự chuyển động này. Độ lớn của vận tốc góc sẽ bằng tốc độ góc và hướng của vec-tơ vận tốc góc, được xác định theo quy ước, ví dụ quy tắc bàn tay phải.

Công thức tính vận tốc góc: $\omega =\frac{d\phi }{dt}$

Trong đó:

● ω là tốc độ góc

$\frac{d\phi }{dt}$ là đạo hàm của góc quay mà vật chuyển động tạo ra sau thời gian ( t ).

4. Sự khác nhau của vận tốc và tốc độ

Nếu như vận tốc là một đại lượng được biểu thị dưới dạng vectơ có hướng, thì tốc độ là một đại lượng định lượng nhất định và không có hướng. Hay nói gọn hơn, vận tốc là đại lượng hữu hướng, phân biệt với tốc độ là một đại lượng vô hướng đơn thuần.

Theo khái niệm vận tốc có thể hiểu, độ dài của vectơ vận tốc cho biết tốc độ nhanh hay chậm của chuyển động. Như vậy, tốc độ chỉ là giá trị bằng số của vận tốc, là độ lớn của vectơ vận tốc.

Ví dụ: một xe máy di chuyển với vận tốc không đổi là 40 km / h trên một đường tròn. Khi đi hết một đường tròn thì tốc độ của nó vẫn là 40 km / h do được duy trì không đổi, và đây chính là giá trị của vận tốc mà xe máy chuyển động. Nhưng vận tốc của xe máy sẽ là 0 vì khi biểu diễn dưới dạng vectơ, điểm đầu và điểm cuối của vectơ trùng nhau ( xe máy quay trở lại vị trí ban đầu khi đi hết một vòng tròn ). Tưởng tượng đơn giản khi đi vectơ vận tốc sẽ là 1 dấu chấm, và do đó vectơ = 0.

5. Bài tập minh họa

Câu 1: Dụng cụ để xác định sự nhanh chậm của chuyển động gọi là:

A. vôn kế

B. nhiệt kế

C. tốc kế

D. ampe kế

Lời giải:

Đáp án C: Do tốc kế là dụng cụ để xác định giá trị của vận tốc (hay còn gọi là tốc độ).

Câu 2: Một xe máy bắt đầu khởi hành từ điểm A vào lúc 8 giờ 30 phút và đến điểm B vào lúc 10 giờ 30 phút. Từ những dữ liệu trên, tính vận tốc của xe máy, biết quãng đường AB dài 150 km.

Lời giải:

Thời gian để xe máy di chuyển từ điểm A tới điểm B là: 10 giờ 30 phút – 8 giờ 30 phút = 2 giờ

Vận tốc của xe máy là: v = S/t = 150 : 2 = 75 (km/h)

Đáp số: 75 (km/giờ)

Câu 3: Một người có thể bơi với vận tốc 2,5 m/s khi nước sông không chảy. Khi nước sông chảy với vận tốc 1,2 m/s theo hướng bắc nam thì sẽ làm thay đổi vận tốc của người bơi. Tìm vận tốc tổng hợp của người đó khi bơi ngược dòng chảy.

A. 1,3 m/s theo hướng Đông.

B. 1,3 m/s theo hướng Tây.

C. 1,3 m/s theo hướng Bắc.

D. 1,3 m/s theo hướng Nam.

Đáp án đúng là C

Câu 4: Một người đi xe đạp đang đi với vận tốc không đổi là 5,6 m/s theo hướng đông thì quay xe và đi với vận tốc 5,6 m/s theo hướng bắc. Tìm độ thay đổi vận tốc.

A. 7,92 m/s theo hướng Đông Bắc.

B. 7,92 m/s theo hướng Đông.

C. 7,92 m/s theo hướng Bắc.

D. 7,92 m/s theo hướng Tây Nam.

Lời giải

Đáp án đúng là A

Biểu đồ

Vận tốc tổng hợp: $v=\sqrt{5,6^2+5,6^2}=7,92m/s$ theo hướng Đông Bắc

Câu 5: Một ca nô muốn đi thẳng qua một con sông rộng 0,10 km. Động cơ của ca nô tạo cho nó vận tốc 4,0 km/giờ trong nước sông không chảy. Tuy nhiên, có một dòng chảy mạnh đang di chuyển về phía hạ lưu với vận tốc 3,0 km/giờ. Ca nô phải đi theo hướng nào để đến vị trí ở bờ bên kia đối diện với vị trí xuất phát.

A. 5 km/h theo hướng về phía thượng lưu một góc 36,9⁰.

B. 5 km/h theo hướng về phía hạ lưu một góc 36,9⁰.

C. 5 km/h theo hướng về phía thượng lưu.

D. 5 km/h theo hướng về phía hạ lưu.

Đáp án đúng là A

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

• Dao động điều hòa là gì? Công thức tính dao động điều hòa

• Lực là gì? Công thức tính lực

• Khối lượng riêng là gì? Công thức tính khối lượng riêng

• Vận tốc dòng nước là gì? Công thức tính vận tốc dòng nước

• Dòng điện cảm ứng là gì? Công thức tính dòng điện cảm ứng

• Cảm kháng là gì? Công thức tính cảm kháng

---