Định nghĩa vận tốc là gì? Ý nghĩa của vận tốc?

• Định nghĩa vận tốc là gì?
• Định nghĩa Vận tốc trong chuyển động thẳng đều
  • Công thức tính vận tốc
  • Đơn vị của tốc độ
• Định nghĩa vận tốc trung bình là gì?
• Định nghĩa vận tốc tức thời là gì?
• Tìm hiểu cộng vận tốc là gì?

Định nghĩa vận tốc là gì?

Vận tốc là đại lượng mô tả mức độ nhanh chậm và chiều của chuyển động. Vận tốc được xác định dựa trên quãng đường đi được trong một đơn vị thời gian. Vận tốc được biểu diễn bởi vectơ (có thể hiểu là “đoạn thẳng có hướng”). Độ dài của vectơ vận tốc cho biết tốc độ nhanh chậm của chuyển động, đồng thời chiều của vectơ biểu thị chiều của chuyển động. Do đó, vận tốc là một đại lượng hữu hướng, phân biệt với tốc độ – một đại lượng vô hướng đơn thuần mô tả tính nhanh chậm của chuyển động. Tốc độ là độ lớn của vectơ vận tốc.

Định nghĩa Vận tốc trong chuyển động thẳng đều

Xét một vật chuyển động thẳng đều, tốc độ và chiều chuyển động không thay đổi theo thời gian. Do đó, vector vận tốc có giá trị xác định và không đổi.

Khi đó, tốc độ chuyển động, hay quãng đường đi được trong một đơn vị thời gian được tính bằng cách lấy quãng đường đi được chia cho thời gian đi hết quãng đường đó.

Trong chuyển động thẳng của một chất điểm, nếu chất điểm chuyển động theo một chiều ta chọn chiều đó làm chiều dương thì độ lớn của độ dời bằng quãng đường đi được của chất điểm.

Công thức tính vận tốc

(v=frac{s}{t})

• t: thời gian
• s: quãng đường
• v: tốc độ của chuyển động thẳng đều

Đơn vị của tốc độ

Trong SI, quãng đường đo bằng mét (m), thời gian đo bằng giây (s) thì tốc độ có đơn vị là mét trên giây (m/s). Tốc độ có thể có những đơn vị khác, chẳng hạn như kilomet/giờ (km/h), phụ thuộc vào đơn vị mà ta chọn cho quãng đường và thời gian.

Như vậy, khi nói một vật chuyển động thẳng đều với vận tốc 10 m/s (giả sử ta đã biết chiều chuyển động nên vận tốc ở đây đơn giản là tốc độ), điều đó có nghĩa là cứ mỗi 1 giây, vật đi được quãng đường 10 mét. Để đổi đơn vị ta đổi từng phần của tỷ số.

VD: đổi từ 10 m/s = ? km/h

ta có:

10m = 1/1000 km

1s = 1/3600 h

Chia 2 vế của 2 đẳng thức cho nhau ta được: 10m/s = 3.6 km/h

Nếu quan tâm đến chiều chuyển động, ta có thể quy ước 1 trong 2 chiều là chiều dương và gán cho vận tốc giá trị dương khi vật chuyển động cùng chiều với chiều dương đã chọn và giá trị âm khi vật chuyển động theo chiều ngược lại.

Định nghĩa vận tốc trung bình là gì?

Khi vận tốc của vật thay đổi theo thời gian, người ta có thể sử dụng khái niệm vận tốc trung bình. Vận tốc trung bình trong một khoảng thời gian nhất định được định nghĩa là tỉ số giữa sự thay đổi vị trí trong khoảng thời gian đang xét và khoảng thời gian đó. Phương trình toán học như sau:

(v_{tb}=frac{r-r_{0}}{t-t_{0}}=frac{Delta r}{Delta t})

Trong đó:

• vtb : vận tốc trung bình
• r : vị trí cuối
• r0 : vị trí đầu
• t : thời điểm kết thúc
• t0 : thời điểm bắt đầu

Nhận xét: Kết quả phép trừ vector r – r0  còn gọi là độ dịch chuyển

Vận tốc trung bình trên những khoảng thời gian khác nhau có thể mang những giá trị khác nhau.

Mặt khác, cần phân biệt với tốc độ trung bình được định nghĩa là tổng quãng đường đi được chia cho khoảng thời gian được xét:

({displaystyle {bar {v}}={frac {bar {s}}{t}}={frac {{bar {s}}_{1}+{bar {s}}_{2}+…+{bar {s}}_{n}}{t_{1}+t_{2}+…+t_{n}}}})

({displaystyle {bar {v}}={frac {bar {s}}{t}}={frac {{bar {s}}_{1}+{bar {s}}_{2}+…+{bar {s}}_{n}}{t_{1}+t_{2}+…+t_{n}}}})

• v¯: tốc độ trung bình
• s: tổng quãng đường đi được trong khoảng thời gian
• t: khoảng thời gian
• s1, s2,…, sn là những quãng đường thành phần đi được trong các khoảng thời gian thành phần t1, t2,…, tn

Theo định nghĩa này, tốc độ trung bình không phải là độ lớn của vận tốc trung bình.

Khi nghiên cứu chuyển động biến đổi một cách chi tiết và chính xác, một đại lượng quan trọng hơn vận tốc trung bình được sử dụng. Đó là vận tốc tức thời.

Định nghĩa vận tốc tức thời là gì?

Vận tốc tức thời là sự mô tả mức độ nhanh chậm và chiều chuyển động tại một thời điểm xác định trên đường đi của vật. Nếu vận tốc trung bình cho ta một cái nhìn tổng quát về vận tốc của vật trong một khoảng thời gian xác định thì vận tốc tức thời cho ta một cái nhìn 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.

(v=lim_{t-t_{0}}frac{r-r_{0}}{t-t_{0}}=lim_{Delta trightarrow 0}frac{Delta r}{Delta t})

Phương trình toán học trên cho biết: khi khoảng thời gian được xét tiến dần đến 0 thì vận tốc trung bình tiến dần đến vận tốc tức thời (tại thời điểm t0). Giới hạn này đồng nghĩa với đạo hàm của vị trí theo thời gian. Từ đó, vận tốc tức thời được định nghĩa như sau:

(v=frac{d_{r}}{d_{t}})

Trong đó:

• v : vectơ vận tốc tức thời
• r : vectơ vị trí như một hàm số của thời gian
• t : thời gian

Diễn đạt bằng lời: Vận tốc tức thời là đạo hàm của vị trí theo thời gian.

Tìm hiểu cộng vận tốc là gì?

Như đã nói ở trên, vận tốc có tính tương đối, do đó, có thể nhận các giá trị khác nhau đối với các hệ quy chiếu khác nhau. Để “chuyển đổi” vận tốc từ hệ quy chiếu này sang hệ quy chiếu khác, người ta sử dụng phép cộng vận tốc.

Trong Cơ học cổ điển, công thức cộng vận tốc đơn giản là phép cộng véctơ được thể hiện như sau:

(v_{AB}=v_{AC}+v_{CB})

Trong đó:

• vAB : vận tốc của A đối với B
• vAC : vận tốc của A đối với C
• vCB : vận tốc của C đối với B

Như vậy, vận tốc của một vật A đối với hệ quy chiếu B bằng vận tốc của A đối với một hệ quy chiếu trung gian C cộng với vận tốc của hệ quy chiếu trung gian đó đối với hệ quy chiếu B. Trên đây là bài viết về chủ đề định nghĩa vận tốc là gì, ý nghĩa của vận tốc là gì cùng với những nội dung liên quan. Hy vọng đã cung cấp cho bạn những kiến thức hữu ích. Chúc bạn luôn học tốt cũng như nắm chắc phần kiến thức vận tốc là gì! 

Nguồn tham khảo:

1. Sách giáo khoa Toán 5, Chương IV, Nhà xuất bản giáo dục Việt Nam
2. Sách giáo khoa Vật lý 8, Chương I: Cơ học, Bài 2: Vận tốc, Nhà xuất bản giáo dục Việt Nam
3. Sách giáo khoa Vật lý 10 và Sách giáo khoa Vật lý 10 nâng cao, Nhà xuất bản giáo dục Việt Nam

Tác giả: Việt Phương

Danh mục: Vật lý