Chuyển động thẳng đều là kiến thức vật lý cơ bản của khối lớp 10 nhưng được áp dụng rất nhiều trong các đề thi đại học hiện nay. Chính vì vậy, trong bài viết dưới đây chúng tôi sẽ chia sẻ công thức tính vận tốc, quãng đường đi được và cách viết phương trình chuyển động thẳng đều và các dạng bài tập có lời giải chi tiết để các bạn cùng tham khảo
Nội dung bài viết
Chuyển động thẳng đều là gì?
Chuyển động thẳng đều là chuyển động có quỹ đạo là đường thẳng và có vận tốc trung bình như nhau trên mọi quãng đường.
Chuyển động thẳng đều có ba đại lượng đặc trưng là: vận tốc, quãng đường và thời gian chuyển động.
1. Công thức tính vận tốc trung bình ( tốc độ trung bình)
Vận tốc trung bình của một vật đi trên đoạn đường s trong khoảng thời gian t được xác định bằng thương số giữa quãng đường đi được và khoảng thời gian để đi hết quãng đường đó.
vtb = s.t
Đơn vị đo vận tốc là m/s hoặc km/h…
2. Công thức tính quãng đường đi được trong chuyển động thẳng đều
Trong chuyển động thẳng đều, đường đi s tăng tỉ lệ với thời gian chuyển động t. Ta có công thức: s = vtb.t=v.t
Nếu chọn gốc tọa độ và gốc thời gian tại vị trí vật bắt đầu dời chổ (x0= 0, t0 = 0) thì x = s = v.t
Với: x0: tọa độ ban đầu; v: vận tốc; x: tọa độ ở thời điểm t.
Đồ thị tọa độ – thời gian là hình vẽ biểu diễn sự phụ thuộc của vật chuyển động vào thời gian có dạng một đoạn thẳng.
Trong chuyển động thẳng đều vận tốc không đổi, đồ thị vận tốc là một đoạn thẳng song song với trục thời gian.
Lưu ý:
Chọn chiều dương cùng chiều chuyển động của vật nào đó ( nếu có nhiều vật)
Vật chuyển động cùng chiều dương v > 0, ngược chiều dương v < 0.
Vật ở phía dương của trục tọa độ x > 0, ở phía âm của trục tọa độ x < 0.
Nếu hai vật chuyển động (trên cùng 1 hệ tọa độ)
khi hai vật gặp nhau thì x1 = x2.
khi hai vật cách nhau 1 khoảng ∆s thì | x1 – x2 |= ∆s.
Nếu gốc thời gian là lúc bắt đầu chuyển động thì t0= 0.
Bài tập về chuyển động thẳng đều có lời giải
Dạng 1: Cách xác định vận tốc, quãng đường, thời gian trong chuyển động thẳng đều
Phương pháp:
Công thức trong chuyển động thẳng đều: S = v.t
Công thức tính tốc độ trung bình:
Vận tốc trung bình: v = (x -x0)/(t-t0)
Ví dụ 1: Một xe chạy trong 5h: 2h đầu xe chạy với tốc độ trung bình 60 km/h, 3h sau xe chạy với tốc độ trung bình 40 km/h. Tính tốc độ trung bình của xe trong suốt thời gian chuyển động.
Lời giải
Quãng đường đi trong 2h đầu:
S1 = v1.t1 = 60.2 = 120 km
Quãng đường đi trong 3h sau:
S2 = v2.t2 = 40.3 = 120 km
Tốc độ trung bình của xe trong suốt thời gian chuyển động:
Ví dụ 2: Hai xe cùng chuyển động đều trên đường thẳng. Nếu chúng đi ngược chiều thì cứ 30 phút khoảng cách của chúng giảm 40km. Nếu chúng đi cùng chiều thì cứ sau 20 phút khoảng cách giữa chúng giảm 8km. Tính vận tốc mỗi xe.
Lời giải
Chọn chiều dương là chiều chuyển động của mỗi xe.
Giải (1) (2): v1 = 52 km/h ; v2 = 28 km/h
Ví dụ 3: Một ô tô đi từ A đến B. Đầu chặng ô tô đi 1/4 tổng thời gian với v = 50 km/h. Giữa chặng ô tô đi 1/2 thời gian với v = 40 km/h. Cuối chặng ô tô đi 1/4 tổng thời gian với v = 20 km/h. Tính tốc độ trung bình của ô tô?
Lời giải
Dạng 2: Cách viết phương trình chuyển động thẳng đều
Phương pháp:
Bước 1: Chọn hệ quy chiếu
Trục tọa độ Ox trùng với quỹ đạo chuyển động
Gốc tọa độ (thường gắn với vị trí ban đầu của vật )
Gốc thời gián (thường là lúc vật bắt đầu chuyển dộng)
Chiều dương (thường chọn là chiều chuyển động của vật được chọn làm gốc)
Bước 2: Từ hệ quy chiếu vừa chọn, xác định các yếu tố sau cho mỗi vật: Tọa độ đầu x0 = ? vận tốc v = (bao gồm cả dấu theo chiều chuyển động của vật)? Thời điểm đầu t0 = ?
Bước 3: Thiết lập phương trình của chuyển động cho vật từ các yếu tố đã xác định. Đối với chuyển động thẳng đều, ta có công thức:
x = x0 + s = x0 + v(t−t0)
Với những bài toán cho phương trình chuyển động của hai vật yêu cầu tìm thời gian khi hai vật bằng nhau thì cho x1 = x2 rồi tìm t
Ví dụ 1: Trên đường thẳng từ nhà đến chỗ làm việc của A, cùng một lúc xe 1 khởi hành từ nhà đến chỗ làm với v = 80 km/h. Xe thứ 2 từ chỗ làm đi cùng chiều với v = 60 km/h. Biết quãng đường là 40 km. Lập phương trình chuyển động của mỗi xe với cùng hệ quy chiếu.
Lời giải
Chọn gốc toạ độ tại A, gốc thời gian lúc 2 xe xuất phát.
Chiều dương cùng chiều với chiều chuyển động với hai xe.
x1 = x0 + v1.t = 80t ;
x2 = x0 + v2.t = 40 + 60t.
Ví dụ 2: Một ô tô xuất phát từ A lúc8 giờ sáng chuyển động thẳng đều tới B lúc 10h30′, khoảng cách từ A đến B là 175 (km ).
a. Tính vận tốc của xe ?
b. Xe tiếp tục chuyển động thẳng đều đến C lúc 12h30′. Tính khoảng cách từ B đến C ?
lời giải
Chọn hệ trục tọa độ ox và chiều dương là chiều chuyển động của vật
a.Ta có:
t0 = 8 am
t = 10h30 am
s = 175 km
vận tốc xe là: v = s/t-t0 = 175: (2.5) = 70km/h
b. Viết phương trình chuyển động theo công thức : x = SBC = x0 + v(t−t0)
Lưu ý chọn nơi xuất phát là B thì x0 = 0
t0 = 10h30 vì đi từ B
t = 12h30 và vận tốc giữ nguyên vì chuyển động thẳng đều.
Vậy SBC = 70.(12h30 – 10h30) = 140 km
Ví dụ 3: Một ôtô đi trên quãng đường AB với v = 54 km/h. Nếu giảm vận tốc đi 9 km/h thì ôtô đến B trễ hơn dự định 45 phút. Tính quãng đường AB và thời gian dự tính để đi quãng đường đó.
Lời giải
Viết phương trình chuyển động ở thời gian dự tính (t1) và thời gian trễ hơn dự định:
S1 = 54t1
S2 = 45 ( t1 + 3/4 )
Vì s1 = s2 nên 54t1 = 45 ( t1 + 3/4 )
Suy ra t1 = 3,75h
Dạng 3: Cách vẽ đồ thị của chuyển động thằng đều
Phương pháp:
Bước 1: Chọn hệ quy chiếu, gốc thời gian và tỉ lệ xích thích hợp
Bước 2: Viết phương trình toạ độ của vật, từ đó vẽ đồ thị chuyển động Lưu ý:
Khi v > 0 ⇔ đồ thị hướng lên
Khi v < 0 ⇔ đồ thị hướng xuống dưới
Khi v = 0 ⇔ đồ thị nằm ngang
Khi v1 = v2 ⇔ hai đồ thị song song
Hai đồ thị cắt nhau: Toạ độ giao điểm cho biết thời điểm và nơi gặp nhau của hai vật chuyển động.
Các dạng đồ thị:
Đồ thị tọa độ theo thời gian trong chuyển động thẳng đều
Đồ thị vận tốc theo thời gian:
Ví dụ 1: Hai thành phố A và B cách nhau 100km. Cùng một lúc, hai xe chuyển động đều ngược chiều nhau, xe ô tô đi từ A với vận tốc 30km/h, xe mô tô đi từ B với vận tốc 20km/h. Chọn A làm gốc toạ độ, chiều dương từ A đến B, gốc thời gian là lúc hai xe bắt đầu đi.
a. Viết phương trình chuyển động của mỗi xe
b. Vẽ đồ thị toạ độ của mỗi xe. Từ đồ thị, xác định vị trí và thời điểm hai xe gặp nhau.
Lời giải
a. Phương trình chuyển động của hai xe
Xe ô tô: x1 = 30t
Xe mô tô: x2 = 100 – 20t
b. Đồ thị toạ độ-thời gian:
+ Chọn hệ toạ độ như hình vẽ: Lấy điểm theo phương trình chuyển động ở câu a
+ Đồ thị toạ độ:
Của ô tô: Đồ thị x1 trong đó có chứa đoạn thẳng OM
Của mô tô: Đồ thị x2 trong đó chứa đoạn thẳng PM
+ Vị trí hai xe gặp nhau: Hai đoạn thẳng cắt nhau tại điểm M nên vị trí 2 xe gặp nhau cách gốc tọa độ 60km, thời điểm hai xe gặp nhau là lúc 2h
Ví dụ 2: Hãy mô tả chuyển động của một vật có đồ thị vị trí- thời gian ở như hình vẽ và đồ thị vận tốc- thời gian tương ứng của vật.
Trong khoảng thời gian từ 0h đến 10h:
Tọa độ x = 0, vật đứng yên tại gốc toạ độ O.
Trong khoảng thời gian từ 10h đến 15h:
Vật chuyển động từ gốc O đến vị trí có x = 40 km, tức là theo chiều dương, với vận tốc trung bình:
Trong khoảng thời gian từ 15h đến 30h : Toạ độ luôn là x = 40 km, vật đứng yên tại vị trí này.
Trong khoảng thời gian từ 30h đến 40h: Vật chuyển động từ vị trí có x = 40 km đến vị trí có x = 0 (theo chiều âm), với vận tốc trung bình là:
Và nếu chỉ để ý sự biến thiên của vận tốc theo thời gian, ta vẽ được đồ thị vận tốc-thời gian:
Hy vọng với những kiến thức mà chúng tôi vừa chia sẻ về phương trình chuyển động thẳng đều có thể giúp các bạn áp dụng vào làm bài tập nhanh chóng nhé
