Trả lời nhanh
Độ dịch chuyển là đại lượng vectơ, nối vị trí đầu với vị trí cuối của vật. Trên một trục thẳng: d = x2 − x1. Tốc độ trung bình vtb = s/t (vô hướng, dùng quãng đường s). Vận tốc v = Δd/Δt (vectơ, cùng hướng với độ dịch chuyển). Đơn vị chung trong hệ SI là m/s.
1. Quãng đường và độ dịch chuyển khác nhau thế nào?
Hình dung bạn đi từ nhà đến trường rồi quay về nhà. Quãng đường bạn đã đi là cả hai lượt cộng lại, còn “bạn đã dời chỗ được bao xa so với lúc xuất phát” thì bằng không. Đó chính là sự khác nhau giữa hai đại lượng này.
- Quãng đường (s): độ dài của đường mà vật thực sự đã đi. Đây là đại lượng vô hướng, luôn dương, chỉ có độ lớn.
- Độ dịch chuyển (d hoặc Δd): độ dài và hướng của đoạn thẳng nối vị trí đầu với vị trí cuối. Đây là đại lượng vectơ, có thể bằng 0, có thể âm khi chọn chiều dương.
Hai đại lượng chỉ có độ lớn bằng nhau khi vật chuyển động thẳng và không đổi chiều. Trong mọi trường hợp khác, độ lớn độ dịch chuyển nhỏ hơn quãng đường.
2. Công thức tính độ dịch chuyển
Chuyển động trên một đường thẳng
Chọn trục toạ độ Ox dọc theo đường đi. Vật ở vị trí x1 lúc đầu và x2 lúc sau thì:
d = x2 − x1
- d > 0: vật dịch chuyển cùng chiều dương của trục.
- d < 0: vật dịch chuyển ngược chiều dương.
- d = 0: vật trở về đúng vị trí ban đầu.
Chuyển động trong mặt phẳng
Khi vật đi hai đoạn vuông góc nhau (ví dụ đông rồi bắc) với độ dài d1 và d2, độ lớn độ dịch chuyển tổng hợp tính theo định lí Pythagore:
d = √(d12 + d22)
Với trường hợp tổng quát, ta cộng vectơ: d⃗ = d⃗1 + d⃗2. Phần cộng vận tốc, độ dịch chuyển tổng hợp được học kĩ hơn ở bài sau: Đồ thị độ dịch chuyển theo thời gian, độ dịch chuyển tổng hợp và vận tốc tổng hợp.
3. Tốc độ
Tốc độ trung bình
Tốc độ trung bình cho biết, trung bình mỗi đơn vị thời gian vật đi được bao nhiêu quãng đường:
vtb = s / t
Trong đó s là quãng đường (m), t là thời gian đi hết quãng đường đó (s). Tốc độ trung bình luôn không âm và không có hướng.
Tốc độ tức thời
Nếu tính tốc độ trung bình trong một khoảng thời gian rất ngắn thì ta được tốc độ tức thời, tức là tốc độ tại một thời điểm. Đồng hồ tốc độ trên xe máy, ô tô hiển thị đại lượng này.
Đơn vị và cách đổi
- Đơn vị SI: m/s. Thường gặp: km/h.
- 1 m/s = 3,6 km/h; 1 km/h = 1/3,6 m/s.
- Tàu thuyền dùng hải lí/giờ (1 hải lí = 1852 m); đo sự lớn lên của cây có thể dùng mm/ngày.
Mẹo nhớ: đi từ m/s sang km/h thì nhân 3,6; đi ngược lại thì chia 3,6. Ví dụ 72 km/h = 20 m/s.
4. Vận tốc
Vận tốc là tốc độ có kèm hướng. Khi biết độ dịch chuyển Δd trong khoảng thời gian Δt:
v⃗ = Δd⃗ / Δt, độ lớn: v = Δd / Δt
Vectơ vận tốc cùng hướng với vectơ độ dịch chuyển. Vì dùng độ dịch chuyển nên vận tốc trung bình có thể bằng 0 dù vật đã chuyển động rất nhiều (vòng về điểm xuất phát), còn tốc độ trung bình thì không.
5. Bảng so sánh nhanh
| Đại lượng | Kí hiệu – công thức | Loại | Có thể bằng 0 khi vật đã chuyển động? |
|---|---|---|---|
| Quãng đường | s | Vô hướng | Không |
| Độ dịch chuyển | d = x2 − x1 | Vectơ | Có |
| Tốc độ trung bình | vtb = s/t | Vô hướng | Không |
| Vận tốc | v = Δd/Δt | Vectơ | Có |
6. Một số cách đo tốc độ
Nguyên tắc chung: đo quãng đường giữa hai vị trí và thời gian vật đi qua đoạn đó, rồi chia. Ví dụ dùng đồng hồ bấm giây đo thời gian xe chạy giữa hai biển báo cách nhau một khoảng đã biết.
Trong phòng thực hành, ta thường dùng cổng quang điện nối với đồng hồ đo thời gian hiện số:
- Tấm chắn sáng gắn trên xe chắn tia sáng ở cổng thì đồng hồ bắt đầu đếm.
- Khi tấm chắn đi qua hết, tia sáng thông trở lại, đồng hồ dừng.
- Thời gian hiển thị là thời gian xe đi được quãng đường đúng bằng bề rộng tấm chắn, nên v = bề rộng / thời gian.
Ngoài ra có thể dùng xe kĩ thuật số hoặc bộ cảm biến, cho phép đặt khoảng thời gian đo rất nhỏ (cỡ 0,01 s).
7. Ví dụ có lời giải
Ví dụ 1. Một người đi dọc con đường thẳng: 300 m về hướng đông rồi quay lại 100 m về hướng tây, mất 100 s. Tính quãng đường, độ dịch chuyển, tốc độ trung bình và vận tốc trung bình.
- Quãng đường: s = 300 + 100 = 400 m.
- Độ dịch chuyển: d = 300 − 100 = 200 m, hướng đông.
- Tốc độ trung bình: 400/100 = 4 m/s.
- Vận tốc trung bình: 200/100 = 2 m/s, hướng đông.
Ví dụ 2. Một chiếc thuyền đi 3 km về phía đông rồi 4 km về phía bắc trong 1 giờ. Tính độ lớn độ dịch chuyển và vận tốc trung bình.
Hai đoạn vuông góc nên d = √(32 + 42) = 5 km. Vận tốc trung bình có độ lớn 5/1 = 5 km/h, hướng lệch về phía bắc so với hướng đông một góc khoảng 53°. Tốc độ trung bình lại là (3 + 4)/1 = 7 km/h, lớn hơn độ lớn vận tốc.
Ví dụ 3. Máy bay bay chặng dài 1400 km hết 1 giờ 45 phút. Đổi 1 h 45 min = 1,75 h, nên vtb = 1400/1,75 = 800 km/h.
Ví dụ 4 (cổng quang điện). Tấm chắn sáng rộng 2 cm = 0,02 m chắn cổng trong 0,010 s. Tốc độ của xe khi qua cổng: v = 0,02/0,010 = 2 m/s.
8. Lỗi sai thường gặp
- Dùng quãng đường để tính vận tốc, hoặc dùng độ dịch chuyển để tính tốc độ trung bình. Hãy nhớ: tốc độ ↔ quãng đường; vận tốc ↔ độ dịch chuyển.
- Quên đổi đơn vị: phút sang giờ, km/h sang m/s trước khi thay số.
- Quên dấu của độ dịch chuyển khi vật đi ngược chiều dương.
- Cho rằng độ lớn vận tốc trung bình luôn bằng tốc độ trung bình. Chỉ đúng khi vật chuyển động thẳng không đổi chiều.
- Nghĩ rằng đi một vòng về chỗ cũ thì “không chuyển động”. Thực tế quãng đường khác 0, chỉ có độ dịch chuyển bằng 0.
9. Bài luyện tập
Bài 1. Một vận động viên bơi một lượt đi và một lượt về trong bể dài 50 m, mất 80 s. Tính quãng đường, độ dịch chuyển, tốc độ trung bình và vận tốc trung bình.
Đáp án: s = 100 m; d = 0; vtb = 100/80 = 1,25 m/s; vận tốc trung bình bằng 0.
Bài 2. Trên trục Ox, một xe chuyển từ x1 = 2 km đến x2 = −3 km trong 0,5 h. Tính độ dịch chuyển và vận tốc trung bình.
Đáp án: d = −3 − 2 = −5 km (độ lớn 5 km, ngược chiều dương); v = −5/0,5 = −10 km/h, tức độ lớn 10 km/h, ngược chiều dương.
Bài 3. Xe chạy với tốc độ không đổi 54 km/h trên đường thẳng trong 3 phút. Tính quãng đường xe đi được theo mét.
Đáp án: 54 km/h = 15 m/s; 3 phút = 180 s; s = 15 × 180 = 2700 m.
10. Học tiếp và luyện đề
- 20 câu trắc nghiệm Tốc độ, độ dịch chuyển và vận tốc có đáp án
- Giải SGK Vật lí 10 Bài 1 – Cánh diều
- Lý thuyết Gia tốc và đồ thị vận tốc – thời gian
- Lý thuyết Chuyển động biến đổi đều
- Tổng hợp lý thuyết Vật lí 10 – Cánh diều
Câu hỏi thường gặp
Công thức tính độ dịch chuyển trên đường thẳng là gì?
Chọn trục Ox dọc đường đi, độ dịch chuyển d = x₂ − x₁, với x₁ là toạ độ đầu và x₂ là toạ độ cuối. Kết quả dương nghĩa là vật đi cùng chiều dương, âm là ngược chiều dương.
Khi nào độ lớn độ dịch chuyển bằng quãng đường?
Khi vật chuyển động thẳng và không đổi chiều. Nếu vật đổi chiều hoặc đi theo đường cong thì độ lớn độ dịch chuyển luôn nhỏ hơn quãng đường.
Tốc độ trung bình khác vận tốc ở điểm nào?
Tốc độ trung bình là quãng đường chia thời gian, là đại lượng vô hướng. Vận tốc là độ dịch chuyển chia thời gian, là vectơ có hướng cùng hướng độ dịch chuyển.
Đổi 72 km/h sang m/s như thế nào?
Chia cho 3,6: 72 km/h = 72 : 3,6 = 20 m/s. Ngược lại, đổi m/s sang km/h thì nhân với 3,6.