Trả lời nhanh
Hệ quy chiếu bao gồm: vật làm gốc, hệ tọa độ gắn với vật làm gốc, mốc thời gian và đồng hồ. Vật làm gốc và hệ tọa độ giúp xác định vị trí của vật, còn mốc thời gian cùng đồng hồ giúp xác định thời điểm. Thiếu một trong các yếu tố này thì chưa mô tả đầy đủ được chuyển động.
Hệ quy chiếu là gì?
Muốn nói một vật đang chuyển động, ta phải so sánh vị trí của nó với một vật khác được chọn làm chuẩn. Muốn nói vật đó chuyển động “lúc nào, nhanh hay chậm”, ta còn cần đo thời gian. Vì vậy, một hệ quy chiếu phải gồm cả phần không gian và phần thời gian.
Bốn yếu tố của hệ quy chiếu
| Yếu tố | Vai trò | Ví dụ |
|---|---|---|
| Vật làm gốc | Là vật đứng yên (theo quy ước) để so sánh vị trí | Cột mốc km, nhà ga, mặt đất |
| Hệ tọa độ gắn với vật làm gốc | Cho biết vị trí của vật bằng số: trục Ox (chuyển động thẳng) hoặc hệ Oxy (chuyển động trong mặt phẳng) | Trục Ox dọc theo đường thẳng, gốc O tại cột mốc |
| Mốc thời gian | Thời điểm bắt đầu tính thời gian (t = 0) | Lúc 6 giờ sáng, lúc xe xuất phát |
| Đồng hồ | Dụng cụ đo khoảng thời gian trôi qua kể từ mốc | Đồng hồ bấm giây, đồng hồ đeo tay |
Có thể nhớ gọn: hệ quy chiếu = hệ tọa độ (gắn với vật làm gốc) + mốc thời gian + đồng hồ.
Vì sao phải có đủ các yếu tố?
- Chỉ có vật làm gốc, chưa có hệ tọa độ: ta chỉ nói được “xe ở gần nhà ga”, chưa có con số cụ thể.
- Có hệ tọa độ nhưng không có mốc thời gian và đồng hồ: biết xe ở x = 30 km nhưng không biết là lúc nào, nên không tính được vận tốc.
- Có đồng hồ nhưng không có vật làm gốc: biết thời gian trôi qua nhưng không biết vị trí của vật.
Ví dụ minh hoạ (tự đặt)
Một ô tô chạy trên quốc lộ thẳng. Chọn cột mốc ở thành phố A làm gốc O, trục Ox hướng từ A đến B, mốc thời gian là lúc 6 h, đo bằng đồng hồ đeo tay. Lúc 8 h, ô tô ở vị trí x = 100 km. Khi đó ta nói: sau 2 h kể từ mốc, ô tô cách gốc 100 km theo chiều dương.
Trong ví dụ này, vật làm gốc là cột mốc ở A, hệ tọa độ là trục Ox, mốc thời gian là 6 h, đồng hồ là đồng hồ đeo tay. Đủ bốn yếu tố.
Lỗi sai thường gặp
- Nhầm hệ quy chiếu với hệ tọa độ. Hệ tọa độ chỉ là một phần của hệ quy chiếu, chưa có yếu tố thời gian.
- Quên mốc thời gian. Đồng hồ chỉ đo được khoảng thời gian khi đã chọn thời điểm bắt đầu tính.
- Cho rằng chỉ có một hệ quy chiếu “đúng”. Chuyển động có tính tương đối: hành khách ngồi yên trên tàu là đứng yên so với toa tàu nhưng chuyển động so với sân ga. Chọn hệ quy chiếu khác thì quỹ đạo và vận tốc có thể khác.
- Chọn gốc tọa độ tùy ý nhưng không ghi rõ. Khi làm bài, hãy nêu rõ gốc O, chiều dương và mốc thời gian.
Cách chọn hệ quy chiếu khi làm bài
- Chọn vật làm gốc (thường là vật đứng yên so với mặt đất).
- Vẽ trục Ox cùng chiều chuyển động, đặt gốc O hợp lí (vị trí xuất phát hoặc một cột mốc).
- Chọn mốc thời gian t = 0 (thường là lúc bắt đầu xét chuyển động).
- Dùng đồng hồ để xác định thời điểm và khoảng thời gian.
Bài luyện tập
Câu 1. Một học sinh nói: “Xe bus cách trường 2 km”. Câu này đã đủ để xác định hệ quy chiếu chưa?
Đáp án: Chưa. Mới có vật làm gốc (trường) và khoảng cách; chưa có hệ tọa độ (hướng, chiều dương) và chưa có mốc thời gian, đồng hồ.
Câu 2. Hai xe xuất phát từ A lúc 7 h và 7 h 30 phút. Để mô tả cả hai xe trong cùng một bài toán, ta nên chọn mốc thời gian nào?
Đáp án: Chọn một mốc chung cho cả hai xe, chẳng hạn 7 h (t = 0). Khi đó xe thứ nhất xuất phát lúc t = 0, xe thứ hai lúc t = 0,5 h.
Câu 3. Người ngồi trong ô tô đang chạy: so với hệ quy chiếu gắn với mặt đường, người đó đứng yên hay chuyển động? Còn với hệ quy chiếu gắn với ô tô?
Đáp án: Chuyển động so với mặt đường; đứng yên so với ô tô.
Tóm tắt
Hệ quy chiếu gồm vật làm gốc, hệ tọa độ gắn với vật làm gốc, mốc thời gian và đồng hồ. Nếu đề bài có phương án trắc nghiệm, hãy chọn phương án liệt kê đủ cả hai nhóm: nhóm xác định vị trí và nhóm xác định thời gian.
Câu hỏi thường gặp
Hệ quy chiếu bao gồm những yếu tố nào?
Gồm vật làm gốc, hệ tọa độ gắn với vật làm gốc, mốc thời gian và đồng hồ.
Hệ tọa độ có phải là hệ quy chiếu không?
Không. Hệ tọa độ chỉ giúp xác định vị trí; hệ quy chiếu còn có thêm mốc thời gian và đồng hồ để xác định thời điểm.
Vì sao phải chọn mốc thời gian?
Vì đồng hồ chỉ cho biết khoảng thời gian khi đã có thời điểm bắt đầu tính (t = 0). Không có mốc thì không so sánh được thời điểm các sự kiện.
Một chuyển động có thể có nhiều hệ quy chiếu không?
Có. Ta có thể chọn nhiều vật làm gốc khác nhau; quỹ đạo và vận tốc của vật phụ thuộc vào hệ quy chiếu đã chọn, đó là tính tương đối của chuyển động.