Trả lời nhanh
Để đo tốc độ của một vật trong phòng thí nghiệm, ta cần đo hai đại lượng: quãng đường s bằng thước và thời gian chuyển động t bằng đồng hồ bấm giây hoặc đồng hồ đo thời gian hiện số dùng cổng quang điện. Sau đó tính tốc độ theo công thức v = s/t. Ngoài ra còn có thể dùng thiết bị bắn tốc độ hoặc phân tích video.
Nguyên tắc chung khi đo tốc độ
Tốc độ cho biết vật chuyển động nhanh hay chậm, được tính bằng quãng đường đi được trong một đơn vị thời gian:
v = s / t
Vì vậy, dù dùng dụng cụ nào thì cũng phải tìm cho được quãng đường s và thời gian t tương ứng. Đơn vị thường dùng: m/s và km/h, với 1 m/s = 3,6 km/h.
Cách 1: Dùng thước và đồng hồ bấm giây
Đây là cách đơn giản nhất, dùng khi vật chuyển động không quá nhanh (xe đồ chơi, viên bi lăn trên mặt bàn, xe lăn trên máng).
- Dùng thước đo chọn hai vạch mốc A và B trên đường đi, đo quãng đường s = AB.
- Cho vật chuyển động; bấm đồng hồ khi vật tới A và bấm dừng khi vật tới B để có thời gian t.
- Lặp lại phép đo ít nhất 3 lần, lấy giá trị trung bình của t.
- Tính v = s/t.
Nhược điểm: thời gian phản ứng của tay và mắt người vào khoảng vài phần mười giây nên sai số khá lớn, nhất là khi vật chuyển động nhanh hoặc quãng đường ngắn.
Cách 2: Dùng cổng quang điện và đồng hồ đo thời gian hiện số
Cổng quang điện có một chùm sáng hẹp. Khi vật che chùm sáng, đồng hồ hiện số bắt đầu đếm; khi vật đi qua và chùm sáng được thông trở lại, đồng hồ dừng. Máy tự động đo nên không phụ thuộc phản xạ của người, độ chính xác tới phần nghìn giây.
Có hai cách bố trí thường gặp:
- Dùng hai cổng A và B: đồng hồ đo thời gian vật đi từ cổng A đến cổng B; quãng đường s là khoảng cách giữa hai cổng đo bằng thước. Tính v = s/t (tốc độ trung bình trên đoạn AB).
- Dùng một cổng và tấm chắn sáng: gắn lên vật một tấm chắn rộng d. Đồng hồ đo thời gian t tấm chắn che cổng; tốc độ của vật khi qua cổng xấp xỉ v = d/t.
Cách 3: Các cách khác
- Quay video, phân tích từng khung hình: biết vật ở đâu sau mỗi khoảng thời gian đều nhau (ví dụ 1/30 s) thì tính được quãng đường và tốc độ. Cách này dùng được cho cả chuyển động phức tạp.
- Thiết bị bắn tốc độ (radar): phát sóng tới vật rồi thu sóng phản xạ để suy ra tốc độ. Thường dùng ngoài thực tế như đo tốc độ xe trên đường.
- Cảm biến chuyển động nối máy tính: cho phép vẽ luôn đồ thị quãng đường – thời gian.
So sánh nhanh các cách đo
| Cách đo | Dụng cụ | Độ chính xác | Khi nào dùng |
|---|---|---|---|
| Thước + đồng hồ bấm giây | Thước, đồng hồ bấm giây | Thấp, sai số do người bấm | Vật chậm, quãng đường dài |
| Cổng quang điện + đồng hồ hiện số | Cổng quang điện, đồng hồ hiện số, thước | Cao | Thí nghiệm trên máng nghiêng, vật nhanh |
| Phân tích video | Máy quay, phần mềm | Khá | Chuyển động phức tạp |
| Thiết bị bắn tốc độ | Súng/radar đo tốc độ | Cao | Đo trực tiếp ngoài thực tế |
Ví dụ minh hoạ (số liệu tự đặt)
Ví dụ 1. Một xe đồ chơi chạy trên đoạn thẳng dài 0,80 m. Ba lần bấm giờ cho kết quả 1,62 s; 1,58 s; 1,60 s. Tính tốc độ của xe.
Thời gian trung bình: t = (1,62 + 1,58 + 1,60)/3 = 1,60 s.
Tốc độ: v = 0,80 / 1,60 = 0,5 m/s = 0,5 × 3,6 = 1,8 km/h.
Ví dụ 2. Tấm chắn sáng rộng 5 cm gắn trên xe, đồng hồ hiện số cho thời gian che cổng là 0,025 s. Tính tốc độ xe khi qua cổng.
Đổi d = 5 cm = 0,05 m. Tốc độ v = 0,05 / 0,025 = 2 m/s = 7,2 km/h.
Lỗi sai thường gặp và mẹo nhớ
- Quên đổi đơn vị: cm phải đổi ra m (hoặc ngược lại) trước khi chia. Mẹo: ghi đơn vị kèm số trong từng bước tính.
- Chỉ đo một lần: nên đo nhiều lần và lấy trung bình để giảm sai số ngẫu nhiên.
- Đặt thước lệch, đọc sai vạch: mắt phải nhìn vuông góc với thước; vạch 0 đặt đúng vị trí xuất phát.
- Đặt hai cổng quang điện không thẳng hàng với đường đi: vật không che đúng chùm sáng làm đồng hồ đếm sai.
- Nhầm tốc độ trung bình với tốc độ tại một thời điểm: cách dùng hai cổng cho tốc độ trung bình trên đoạn AB, còn tấm chắn sáng hẹp cho giá trị gần với tốc độ tại cổng.
Mẹo nhớ: “Thước đo đường, đồng hồ đo giờ, đường chia giờ ra tốc độ”.
Bài luyện tập
- Một viên bi lăn hết đoạn đường 1,2 m trong 0,8 s. Tính tốc độ của bi theo m/s và km/h.
Đáp án: v = 1,2/0,8 = 1,5 m/s = 5,4 km/h. - Đo thời gian một xe đi quãng đường 1 m ba lần được 2,05 s; 1,95 s; 2,00 s. Tính tốc độ trung bình của xe.
Đáp án: t trung bình = (2,05 + 1,95 + 2,00)/3 = 2,00 s; v = 1/2,00 = 0,5 m/s. - Vì sao dùng cổng quang điện cho kết quả chính xác hơn đồng hồ bấm giây cầm tay?
Đáp án: vì đồng hồ hiện số được kích hoạt tự động bởi vật chắn tia sáng, loại bỏ sai số do thời gian phản ứng của người bấm.
Câu hỏi thường gặp
Để đo tốc độ trong phòng thí nghiệm ta cần những dụng cụ nào?
Cần dụng cụ đo quãng đường (thước) và dụng cụ đo thời gian (đồng hồ bấm giây hoặc đồng hồ đo thời gian hiện số kèm cổng quang điện). Từ s và t tính tốc độ bằng v = s/t.
Vì sao nên dùng cổng quang điện thay cho đồng hồ bấm giây?
Cổng quang điện tự động bắt đầu và dừng đếm khi vật che chùm sáng, nên không bị sai số do phản xạ của người và cho kết quả chính xác hơn, đặc biệt với vật chuyển động nhanh.
Công thức tính tốc độ là gì và đơn vị là gì?
Công thức v = s/t, trong đó s là quãng đường, t là thời gian. Đơn vị thường dùng là m/s và km/h; 1 m/s = 3,6 km/h.
Cần đo thời gian mấy lần để kết quả đáng tin cậy?
Nên đo ít nhất 3 lần rồi lấy giá trị trung bình của thời gian để giảm sai số ngẫu nhiên.