Bài 8. Chuyển động biến đổi. Gia tốc

1. Chuyển động biến đổi

• Chuyển động biến đổi là chuyển động có vận tốc thay đổi theo thời gian về độ lớn, hướng hoặc cả hai.

• Nhanh dần khi tốc độ tăng; chậm dần khi tốc độ giảm.

Ảnh chụp liên tiếp cho thấy tốc độ thay đổi (nguồn SKG kntt)

2. Gia tốc

2.1. Định nghĩa

• Gia tốc đặc trưng cho tốc độ thay đổi vận tốc theo thời gian.

$$\overrightarrow{a}=\frac{\Delta \overrightarrow{v}}{\mathrm{\Delta t}}$$

• Trong chuyển động thẳng: $\text{a =}\frac{\text{v -}{v}_0}{\text{t -}{t}_0}.$ Đơn vị SI: m/s².

Ví dụ: Một xe máy đang chuyển động thẳng với vận tốc 10 m/s thì tăng tốc. Biết rằng sau 5 s kể từ khi tăng tốc, xe đạt vận tốc 12 m/s.

a) Tính gia tốc của xe.

b) Nếu sau khi đạt vận tốc 12 m/s, xe chuyển động chậm dần với gia tốc có độ lớn bằng gia tốc trên thì sau bao lâu xe sẽ dừng lại?

Lời giải chi tiết

Tóm tắt:

a) Tính gia tốc của xe:

Áp dụng công thức tính gia tốc của chuyển động thẳng biến đổi đều:

$$\mathrm{a=}\frac{v_1-v_0}{t_1}$$

Thay số vào công thức:

$$\mathrm{a=}\frac{\text{12-10}}{5}\text{=0.4}{\text{ m/s}}^2$$

Vậy gia tốc của xe trong giai đoạn tăng tốc là $0.4{\text{ m/s}}^2$.

b) Tính thời gian từ lúc giảm tốc đến khi dừng lại:

Áp dụng công thức vận tốc:

$$v_2=v_{\mathrm{0\text{'}}}\text{+a'⋅}{t}_2$$

Suy ra thời gian $t_2$:

$$t_2=\frac{v_2-v_{\mathrm{0\text{'}}}}{\mathrm{a\text{'}}}$$

Thay số vào công thức:

$$t_2=\frac{\text{0-12}}{\text{-0.4}}\mathrm{=30}\text{ s}$$

Vậy sau 30 giây kể từ khi bắt đầu giảm tốc, xe sẽ dừng lại.

2.2. Ý nghĩa độ lớn gia tốc

• Độ lớn gia tốc càng lớn thì vận tốc thay đổi càng nhanh trong cùng khoảng thời gian.

3. Dấu của gia tốc trong chuyển động thẳng

• Dấu của a cho biết chiều của vectơ gia tốc so với chiều dương, không tự quyết định nhanh dần hay chậm dần.

• v và a cùng dấu: vật nhanh dần; v và a trái dấu: vật chậm dần.

4. Xác định gia tốc từ bảng và đồ thị

• Từ hai giá trị vận tốc, tính độ biến thiên vận tốc rồi chia cho thời gian.

$$\text{Δv =}{v}_2-v_1$$

$$\text{a =}\frac{\mathrm{\Delta v}}{\mathrm{\Delta t}}$$

Đồ thị vận tốc - thời gian của một chuyển động biến đổi.

• Trên đồ thị v - t, gia tốc trung bình bằng độ dốc của đoạn nối hai điểm.

Ví dụ: Một ô tô thể thao chuyển động thẳng theo phương Bắc. Đồ thị dưới đây biểu diễn sự thay đổi vận tốc của ô tô theo thời gian. Chọn chiều dương là chiều Bắc.

Dựa vào đồ thị, trả lời các câu hỏi sau. Khi nhập đáp án, chỉ nhập giá trị số, không nhập đơn vị.

5. Gia tốc không đồng nghĩa với tốc độ lớn

• Vật có tốc độ lớn nhưng gia tốc bằng 0 nếu vận tốc không đổi; vật có thể có tốc độ nhỏ nhưng gia tốc lớn.

II. GIÚP HIỂU SÂU

Vận tốc thay đổi hướng cũng là chuyển động biến đổi

Ngay cả khi tốc độ không đổi, chuyển động cong vẫn có gia tốc vì vectơ vận tốc đổi hướng.

Gia tốc là tốc độ thay đổi của vận tốc

Không phải tốc độ thay đổi của vị trí; vị trí thay đổi được mô tả bởi vận tốc.

Gia tốc âm không luôn là chậm dần

Nếu vật đang chuyển động theo chiều âm, gia tốc âm làm độ lớn vận tốc tăng.

Gia tốc bằng không không có nghĩa vật đứng yên

Vật có thể chuyển động thẳng đều với vận tốc khác không.

Cần thống nhất dấu

Trước khi tính phải chọn chiều dương và ghi vận tốc có dấu.

III. LƯU Ý CHO HỌC SINH

- Không dùng tốc độ không dấu khi cần xét chiều.

- Không kết luận a < 0 là chậm dần nếu chưa biết dấu v.

- Đổi km/h sang m/s trước khi tính a.

- Phân biệt m/s với m/s².