CHUYỂN ĐỘNG CHỈNH LƯU: ĐẶC ĐIỂM, LOẠI VÀ VÍ DỤ - VẬT LÝ - 2025

Chuyển động tịnh tiến là chuyển động trong đó di động di chuyển dọc theo một đường thẳng và do đó diễn ra theo một chiều, thì chuyển động đó cũng nhận được tên là chiều chuyển động. Đường thẳng này là đường đi hoặc đường dẫn theo sau của đối tượng chuyển động. Các ô tô chuyển động dọc theo đại lộ hình 1 đều theo kiểu chuyển động này.

Đó là mô hình chuyển động đơn giản nhất mà bạn có thể tưởng tượng. Các chuyển động hàng ngày của con người, động vật và mọi vật thường kết hợp các chuyển động trên một đường thẳng với các chuyển động dọc theo đường cong, nhưng một số chuyển động riêng lẻ thường được quan sát thấy.

Hình 1. Ô tô chuyển động trên đường thẳng. Nguồn: Pixabay.

Dưới đây là một số ví dụ điển hình:

- Khi chạy theo đường thẳng nằm dài 200 mét.

- Điều khiển xe trên đường thẳng.

- Thả rơi tự do một vật từ độ cao nhất định.

- Khi một quả bóng được ném thẳng đứng lên trên.

Bây giờ, mục tiêu của việc mô tả một chuyển động đạt được bằng cách xác định các đặc điểm như:

- Chức vụ

- Dịch chuyển

- Tốc độ

- Sự tăng tốc

- Thời tiết.

Để một người quan sát có thể phát hiện chuyển động của một vật thể, anh ta phải có một điểm tham chiếu (điểm gốc O) và đã thiết lập một hướng cụ thể để chuyển động, có thể là trục x, trục y và bất kỳ hướng nào khác.

Đối với vật thể chuyển động, nó có thể có vô số hình dạng. Không có giới hạn nào trong vấn đề này, tuy nhiên trong mọi thứ tiếp theo, người ta sẽ cho rằng chất di động là một hạt; một đối tượng quá nhỏ đến mức kích thước của nó không phù hợp.

Điều này được biết là không đúng đối với các đối tượng vĩ mô; tuy nhiên, nó là một mô hình có kết quả tốt trong việc mô tả chuyển động toàn cục của một đối tượng. Theo cách này, một hạt có thể là một chiếc xe hơi, một hành tinh, một người hoặc bất kỳ vật thể nào khác chuyển động.

Chúng ta sẽ bắt đầu nghiên cứu về chuyển động học tuyến tính với cách tiếp cận chung về chuyển động và sau đó sẽ nghiên cứu các trường hợp cụ thể như những trường hợp đã được đặt tên.

Đặc điểm chung của chuyển động thẳng hướng

Mô tả sau đây là chung và có thể áp dụng cho bất kỳ loại chuyển động một chiều nào. Điều đầu tiên là chọn một hệ quy chiếu. Đường thẳng mà chuyển động diễn ra sẽ là trục x. Thông số chuyển động:

Chức vụ

Hình 2. Vị trí của một di động chuyển động trên trục x. Nguồn: Wikimedia Commons (do F. Zapata sửa đổi).

Nó là vectơ đi từ điểm gốc đến điểm mà đối tượng ở một thời điểm nhất định. Trong hình 2, vectơ x ₁ cho biết vị trí của vật di động khi nó ở tọa độ P ₁ và tại thời điểm t ₁ . Đơn vị của vectơ vị trí trong hệ thống quốc tế là mét.

Dịch chuyển

Độ dời là vectơ chỉ sự thay đổi vị trí. Trong hình 3, ô tô đã đi từ vị trí P ₁ đến vị trí P ₂ , do đó độ dời của nó là Δ x = x ₂ - x ₁ . Phép dời hình là phép trừ hai vectơ, nó được ký hiệu bằng chữ Hy Lạp Δ (“delta”) và đến lượt nó là một vectơ. Đơn vị của nó trong Hệ thống quốc tế là mét.

Hình 3. Vectơ độ dời. Nguồn: do F. Zapata chuẩn bị.

Vectơ được ký hiệu in đậm trong văn bản in. Nhưng ở trên cùng một thứ nguyên, nếu bạn muốn, bạn có thể làm mà không cần ký hiệu vectơ.

Khoảng cách đi du lịch

Quãng đường d đi được của vật chuyển động là giá trị tuyệt đối của vectơ độ dời:

Là một giá trị tuyệt đối, quãng đường đi được luôn lớn hơn hoặc bằng 0 và đơn vị của nó giống như vị trí và độ dời. Ký hiệu giá trị tuyệt đối có thể được thực hiện bằng các thanh modulo hoặc đơn giản bằng cách loại bỏ kiểu in đậm trong văn bản in.

Tốc độ trung bình

Vị trí thay đổi nhanh như thế nào? Có điện thoại di động chậm và điện thoại di động nhanh. Chìa khóa luôn là tốc độ. Để phân tích yếu tố này, vị trí x được phân tích như một hàm của thời gian t.

Tốc độ trung bình v _m (xem hình 4) là độ dốc của đường thẳng (vân vân) đối với đường cong x vs ty, nó cung cấp thông tin toàn cục về chuyển động của thiết bị di động trong khoảng thời gian được xem xét.

Hình 4. Tốc độ trung bình và tốc độ tức thời. Nguồn: Wikimedia Commons, do F. Zapata sửa đổi.

v _m = ( x ₂ - x ₁ ) / (t ₂ –t ₁ ) = Δ x / Δ t

Vận tốc trung bình là một vectơ có đơn vị trong hệ thống quốc tế là mét / giây (m / s).

Tốc độ tức thời

Tốc độ trung bình được tính bằng cách lấy một khoảng thời gian có thể đo lường, nhưng không báo cáo điều gì xảy ra trong khoảng thời gian đó. Để biết tốc độ tại bất kỳ thời điểm nhất định nào, bạn phải đặt khoảng thời gian rất nhỏ, về mặt toán học tương đương với thực hiện:

Phương trình trên được đưa ra cho tốc độ trung bình. Bằng cách này, tốc độ tức thời hoặc tốc độ đơn giản là:

Về mặt hình học, đạo hàm của vị trí theo thời gian là hệ số góc của đường tiếp tuyến với đường cong x vs t tại một điểm cho trước. Trong hình 4, điểm có màu cam và đường tiếp tuyến có màu xanh lục. Vận tốc tức thời tại điểm đó là hệ số góc của đường thẳng đó.

Tốc độ

Tốc độ được định nghĩa là giá trị tuyệt đối hoặc môđun của tốc độ và luôn dương (biển báo, đường và đường cao tốc luôn dương, không bao giờ âm). Thuật ngữ "tốc độ" và "vận tốc" có thể được sử dụng thay thế cho nhau hàng ngày, nhưng trong vật lý, sự phân biệt giữa vectơ và vô hướng là cần thiết.

v = Ι v Ι = v

Gia tốc trung bình và gia tốc tức thời

Tốc độ có thể thay đổi trong quá trình chuyển động và thực tế là nó được mong đợi là như vậy. Có một độ lớn định lượng sự thay đổi này: gia tốc. Nếu chúng ta lưu ý rằng vận tốc là sự thay đổi vị trí theo thời gian, thì gia tốc là sự thay đổi vận tốc theo thời gian.

Hình 5. Gia tốc trung bình và gia tốc tức thời. Nguồn: Wikimedia Commons, do F. Zapata sửa đổi.

Cách xử lý được đưa ra cho đồ thị của x vs t trong hai phần trước có thể được mở rộng sang đồ thị tương ứng của v vs t. Do đó, gia tốc trung bình và gia tốc tức thời được định nghĩa là:

a _m = ( v ₂ - v ₁ ) / (t ₂ –t ₁ ) = Δ v / Δ t (Độ dốc của đường màu tím)

Khi gia tốc không đổi thì gia tốc trung bình a _m bằng gia tốc tức thời a và có hai phương án:

- Gia tốc bằng 0, trong trường hợp đó tốc độ là không đổi và có Chuyển động theo đường thẳng đều hoặc MRU.

- Gia tốc không đổi khác 0, trong đó tốc độ tăng hoặc giảm tuyến tính theo thời gian (Chuyển động chỉnh lưu biến đổi thống nhất hoặc MRUV):

Trong đó v _f và t _f lần lượt là vận tốc cuối cùng và thời gian, v _hoặc yt _o là vận tốc và thời gian ban đầu. Nếu t _o = 0, giải vận tốc cuối cùng ta có phương trình quen thuộc cho vận tốc cuối:

Các phương trình sau đây cũng hợp lệ cho chuyển động này:

- Vị trí như một hàm của thời gian: x = x _o + v _o. t + ½ lúc ²

- Vận tốc là một hàm của vị trí: v _f ² = v _o ² + 2a.Δ x (Với Δ x = x - x _o )

Chuyển động ngang và chuyển động dọc

Các chuyển động ngang là những chuyển động diễn ra dọc theo trục hoành hoặc trục x, trong khi các chuyển động dọc diễn ra dọc theo trục y. Các chuyển động thẳng đứng dưới tác dụng của trọng lực là thường xuyên và thú vị nhất.

Trong các phương trình trước, ta lấy a = g = 9,8 m / s ² hướng thẳng đứng xuống dưới, một hướng gần như luôn được chọn với dấu âm.

Theo cách này, v _f = v _o + at trở thành v _f = v _o - gt và nếu vận tốc ban đầu bằng 0 do vật được thả rơi tự do, thì nó được đơn giản hóa thành v _f = - gt. Tất nhiên, miễn là không tính đến lực cản của không khí.

Ví dụ về công việc

ví dụ 1

Tại điểm A, một gói hàng nhỏ được thả ra để chuyển động dọc theo băng tải có các bánh xe trượt ABCD như hình vẽ bên. Trong khi đi xuống các đoạn nghiêng AB và CD, kiện hàng mang gia tốc không đổi 4,8 m / s ² , còn trên đoạn BC nằm ngang thì vận tốc không đổi.

Hình 6. Gói di chuyển trên đường trượt của ví dụ đã giải quyết 1. Nguồn: sự xây dựng riêng.

Biết rằng tốc độ gói tin đến D là 7,2 m / s, hãy xác định:

a) Khoảng cách giữa C và D.

b) Thời gian cần thiết để gói hàng đến hết.

Giải pháp

Chuyển động của gói hàng được thực hiện trong ba phần tuyến tính được hiển thị và để tính toán những gì được yêu cầu, tốc độ cần thiết tại các điểm B, C và D. Chúng ta hãy phân tích từng phần riêng biệt:

Đoạn AB

Thời gian gói tin di chuyển trên đoạn AB là:

Đoạn BC

Vận tốc trên đoạn BC không đổi nên v _B = v _C = 5,37 m / s. Thời gian gói tin di chuyển đến phần này là:

Phần CD

Vận tốc đầu của đoạn này là v _C = 5,37 m / s, vận tốc cuối là v _D = 7,2 m / s, qua v _D ² = v _C ² + 2. a. d giải giá trị của d:

Thời gian được tính là:

Câu trả lời cho các câu hỏi được đặt ra là:

a) d = 2,4 m

b) Thời gian vật đi là t _AB + t _BC + t _CD = 1,19 s +0,56 s +0,38 s = 2,13 s.

Ví dụ 2

Một người ở dưới một cánh cổng ngang lúc đầu mở và cao 12 m. Người đó ném thẳng đứng một vật về phía cổng với vận tốc 15 m / s.

Người ta biết rằng cánh cổng sẽ đóng lại sau 1,5 giây kể từ khi người đó ném vật từ độ cao 2m. Sức cản của không khí sẽ không được tính đến. Trả lời các câu hỏi sau, giải thích:

a) Vật có thể đi qua cánh cổng trước khi nó đóng lại không?

b) Vật đó có bao giờ đập vào cánh cổng đã đóng không? Nếu có, nó xảy ra khi nào?

Hình 7. Một vật được ném thẳng đứng lên trên (Ví dụ 2). Nguồn: tự làm.

Trả lời cho)

Có 10 mét giữa vị trí ban đầu của quả bóng và cánh cổng. Đây là một cú ném thẳng đứng lên trên, trong đó hướng này được coi là dương.

Bạn có thể tìm ra tốc độ cần thiết để đạt đến độ cao này, với kết quả này, thời gian cần thiết để làm điều đó được tính toán và so sánh với thời gian đóng của cánh cổng, là 1,5 giây:

Vì thời gian này nhỏ hơn 1,5 giây nên người ta kết luận rằng vật có thể đi qua cổng ít nhất một lần.

Trả lời b)

Chúng ta đã biết rằng đối tượng xoay sở để đi qua cánh cổng khi đi lên, hãy xem liệu nó có cho nó cơ hội vượt qua khi đi xuống hay không. Vận tốc khi đến độ cao của cổng có độ lớn như khi lên dốc, nhưng ngược chiều. Do đó, chúng tôi làm việc với -5,39 m / s và thời gian cần thiết để đạt được tình huống này là:

Vì cánh cổng chỉ mở trong 1,5 giây, rõ ràng là nó không có thời gian để đi qua lần nữa trước khi nó đóng lại, vì nó thấy nó đã đóng. Câu trả lời là: vật thể nếu nó va chạm với cửa sập đóng sau 2,08 giây sau khi được ném, khi nó đã đi xuống.

Người giới thiệu

1. Figueroa, D. (2005). Loạt bài: Vật lý cho Khoa học và Kỹ thuật. Tập 1. Động học. Chỉnh sửa bởi Douglas Figueroa (USB) .69-116.
2. Giancoli, D. Vật lý. (2006). Nguyên tắc với Ứng dụng. Phiên bản ^thứ 6 . Sảnh Prentice. 22-25.
3. Kirkpatrick, L. 2007. Vật lý: Cái nhìn về thế giới. 6 ^ta Viết tắt Chỉnh sửa. Học tập Cengage. 23 - 27.
4. Resnick, R. (1999). Vật lý. Tập 1. Ấn bản thứ ba bằng tiếng Tây Ban Nha. Mexico. Compañía Editorial Continental SA de CV 21-22.
5. Rex, A. (2011). Cơ bản của Vật lý. Lề. 33 - 36
6. Sears, Zemansky. 2016. Vật lý Đại học với Vật lý hiện đại. 14 ^thứ . Ed. Tập 1. 50 - 53.
7. Serway, R., Jewett, J. (2008). Vật lý cho Khoa học và Kỹ thuật. Tập 1. 7 ^ma . Phiên bản. Mexico. Các biên tập viên của Cengage Learning. 23-25.
8. Serway, R., Vulle, C. (2011). Cơ bản của Vật lý. 9 ^na Ed. Cengage Learning. 43 - 55.
9. Wilson, J. (2011). Vật lý 10. Giáo dục Pearson. 133-149.