CHUYỂN ĐỘNG THẲNG ĐỀU: ĐẶC ĐIỂM, CÔNG THỨC, BÀI TẬP - VẬT LÝ - 2025

Các chuyển động thẳng đều thẳng hoặc tốc độ không đổi là trong đó hạt chuyển động dọc theo một đường thẳng và với tốc độ không đổi. Bằng cách này, điện thoại di động đi được quãng đường bằng nhau trong thời gian bằng nhau. Ví dụ, nếu trong 1 giây bạn đi được 2 mét, thì sau 2 giây bạn sẽ đi được 4 mét, v.v.

Để mô tả chính xác chuyển động, cho dù là chuyển động thẳng đều hay bất kỳ hình thức nào khác, cần phải thiết lập một điểm chuẩn, còn gọi là điểm gốc, liên quan đến vị trí của chuyển động.

Hình 1. Một ô tô đi trên đường thẳng với vận tốc không đổi thì chuyển động thẳng biến đổi đều. Nguồn: Pixabay.

Nếu chuyển động chạy hoàn toàn dọc theo một đường thẳng, thì cũng rất thú vị khi biết điện thoại di động chạy theo hướng nào.

Trên một đường ngang, có thể điện thoại di động đi sang phải hoặc sang trái. Sự phân biệt giữa hai tình huống được thực hiện bởi các dấu hiệu, quy ước thông thường như sau: bên phải tôi theo dấu (+) và bên trái tôi ký hiệu (-).

Khi tốc độ không đổi, chất di động không đổi hướng hoặc cảm giác của nó, và độ lớn của tốc độ cũng không đổi.

nét đặc trưng

Các đặc điểm chính của chuyển động thẳng đều (MRU) là:

-Chuyển động luôn chạy trên một đường thẳng.

-Một thiết bị di động có MRU di chuyển khoảng cách hoặc không gian bằng nhau trong thời gian bằng nhau.

-Vận tốc không đổi cả về độ lớn và hướng và giác.

- MRU thiếu khả năng tăng tốc (không thay đổi tốc độ).

-Vì vận tốc v không đổi tại thời điểm t nên đồ thị li độ của nó dưới dạng hàm số theo thời gian là một đường thẳng. Trong ví dụ ở hình 2, đường có màu xanh lục và giá trị vận tốc được đọc trên trục tung, xấp xỉ +0,68 m / s.

Hình 2. Đồ thị vận tốc so với thời gian của MRU. Nguồn: Wikimedia Commons.

-Đồ thị của vị trí x theo thời gian là một đường thẳng, có hệ số góc bằng vận tốc của di động. Nếu đường thẳng của đồ thị x vs t là phương nằm ngang thì vật di động đứng yên, nếu hệ số góc dương (đồ thị hình 3) thì vận tốc cũng dương.

Hình 3. Đồ thị vị trí dưới dạng hàm thời gian của điện thoại di động có MRU bắt đầu từ điểm gốc. Nguồn: Wikimedia Commons.

Khoảng cách đi từ đồ thị v vs. t

Biết quãng đường di động đi được khi có đồ thị v vs. t rất đơn giản. Quãng đường đi được bằng diện tích dưới dây và trong khoảng thời gian mong muốn.

Giả sử bạn muốn biết quãng đường di động của hình 2 đi được trong khoảng thời gian từ 0,5 đến 1,5 giây.

Diện tích này là diện tích của hình chữ nhật tô bóng trong hình 4. Nó được tính bằng cách tìm kết quả của việc nhân cơ sở của hình chữ nhật với chiều cao của nó, các giá trị của chúng được đọc từ biểu đồ.

Hình 4. Diện tích nở bằng khoảng cách di chuyển. Nguồn: sửa đổi từ Wikimedia Commons.

Khoảng cách luôn là một đại lượng dương, bất kể nó đi sang phải hay sang trái.

Công thức và phương trình

Trong MRU, tốc độ trung bình và tốc độ tức thời luôn bằng nhau và vì giá trị của chúng là độ dốc của đồ thị x so với t tương ứng với một đường, nên các phương trình tương ứng dưới dạng hàm thời gian là như sau:

-Vị trí như một hàm của thời gian: x (t) = x _o + vt

Khi v = 0 có nghĩa là di động ở trạng thái nghỉ. Nghỉ ngơi là một trường hợp vận động cụ thể.

-Gia tốc như một hàm của thời gian: a (t) = 0

Trong chuyển động thẳng đều không có thay đổi vận tốc, do đó gia tốc bằng không.

Bài tập đã giải

Khi giải một bài tập, hãy đảm bảo rằng tình huống đó tương ứng với mô hình sẽ sử dụng. Đặc biệt, trước khi sử dụng các phương trình MRU, cần đảm bảo rằng chúng có thể áp dụng được.

Các bài tập đã giải sau đây là các bài toán về hai điện thoại di động.

Bài tập đã giải 1

Hai vận động viên tiến lại gần nhau với vận tốc không đổi lần lượt là 4,50 m / s và 3,5 m / s, ban đầu cách nhau 100 m như hình vẽ bên.

Nếu mỗi vật giữ vận tốc không đổi, hãy tìm: a) Sau bao lâu thì chúng gặp nhau? b) Vị trí của mỗi vật lúc đó sẽ như thế nào?

Hình 5. Hai người chạy chuyển động với vận tốc không đổi đối với nhau. Nguồn: tự làm.

Giải pháp

Điều đầu tiên là chỉ ra điểm gốc của hệ tọa độ sẽ dùng làm tham chiếu. Sự lựa chọn phụ thuộc vào sở thích của người giải quyết vấn đề.

Thông thường x = 0 được chọn ngay tại điểm xuất phát của điện thoại di động, nó có thể ở hành lang bên trái hoặc hành lang bên phải, thậm chí nó có thể được chọn ở giữa cả hai.

a) Chúng ta sẽ chọn x = 0 cho người chạy bên trái hoặc người chạy 1, do đó vị trí ban đầu của người này là x ₀₁ = 0 và đối với người chạy 2 sẽ là x ₀₂ = 100 m. Người 1 chuyển động từ trái sang phải với vận tốc v ₁ = 4,50 m / còn người 2 đi từ phải sang trái với vận tốc -3,50 m / s.

Phương trình chuyển động của người chạy thứ nhất

Phương trình chuyển động của người chạy thứ hai

Vì thời gian là như nhau đối với t ₁ = t ₂ = t, khi chúng gặp nhau vị trí của cả hai sẽ như nhau, do đó x ₁ = x ₂ . Phù hợp:

Nó là một phương trình có li độ thứ nhất theo thời gian, có nghiệm là t = 12,5 s.

b) Cả hai vận động viên chạy ở cùng một vị trí, do đó, điều này được tìm thấy bằng cách thay thế thời gian có được ở phần trước vào bất kỳ phương trình vị trí nào. Ví dụ: chúng ta có thể sử dụng công cụ của nhà môi giới 1:

Kết quả tương tự cũng thu được khi thay t = 12,5 s vào phương trình vị trí của người chạy 2.

-Bài tập 2 đã giải

Con thỏ thách thức con rùa chạy quãng đường 2,4 km và công bằng mà nói, nó có thời gian khởi động nửa giờ. Trong trò chơi, con rùa tiến với tốc độ 0,25 m / s, đây là tốc độ tối đa mà nó có thể chạy. Sau 30 phút thỏ rừng chạy với vận tốc 2 m / s và nhanh chóng đuổi kịp ba ba.

Sau khi tiếp tục thêm 15 phút, cô ấy nghĩ rằng mình có thời gian để chợp mắt và vẫn giành chiến thắng trong cuộc đua, nhưng lại ngủ quên trong 111 phút. Khi thức dậy, anh ta chạy với tất cả sức lực của mình, nhưng con rùa đã vượt qua vạch đích. Tìm thấy:

a) Con rùa chiến thắng bằng lợi thế nào?

b) Thời điểm thỏ vượt qua rùa

c) Thời điểm rùa vượt qua thỏ rừng.

Giải pháp cho)

Cuộc đua bắt đầu lúc t = 0. Vị trí của rùa: x _T = 0,25t

Phong trào thỏ rừng có các phần sau:

- Kiểm tra lợi thế mà nó mang lại cho con rùa: 0 <t <30 phút:

- Chạy nhanh để bắt kịp con rùa và tiếp tục chạy một chút sau khi vượt qua nó; tổng cộng có 15 phút chuyển động.

-Ngủ 111 phút (nghỉ ngơi)

- Thức dậy quá muộn (nước rút cuối cùng)

Thời gian của quãng đường là: t = 2400 m / 0,25 m / s = 9600 s = 160 phút. Từ thời điểm này, chúng ta mất 111 phút kể từ giấc ngủ ngắn và 30 phút trước, tương đương 19 phút (1140 giây). Nó có nghĩa là bạn đã chạy trong 15 phút trước khi đi ngủ và 4 phút sau khi thức dậy để chạy nước rút.

Tại thời điểm này, thỏ rừng đã đi được khoảng cách sau:

d _L = 2 m / s. (15. 60 s) + 2 m / s (4. 60 s) = 1800 m + 480 m = 2280 m.

Vì tổng khoảng cách là 2400 mét, trừ đi cả hai giá trị, thì con thỏ còn cách mục tiêu 120 mét.

Giải pháp b)

Vị trí của thỏ rừng trước khi chìm vào giấc ngủ là x _L = 2 (t - 1800), coi thời gian trễ là 30 phút = 1800 giây. Bằng x _{T và} x _L, ta tìm được thời gian mà chúng là:

Giải pháp c)

Vào thời điểm thỏ rừng bị rùa vượt qua, nó đã ngủ cách lúc bắt đầu 1800 mét:

Các ứng dụng

MRU là chuyển động đơn giản nhất có thể tưởng tượng được và do đó là chuyển động đầu tiên được nghiên cứu về động học, nhưng nhiều chuyển động phức tạp có thể được mô tả là sự kết hợp của chuyển động này và chuyển động đơn giản khác.

Nếu một người rời khỏi nhà và lái xe cho đến khi anh ta đến một đường cao tốc thẳng dài mà anh ta đi với cùng tốc độ trong một khoảng thời gian dài, chuyển động của anh ta có thể được mô tả toàn cầu như một MRU mà không cần đi sâu vào chi tiết.

Tất nhiên, người đó cần phải đi vòng quanh một vài lần trước khi vào và rời khỏi đường cao tốc, nhưng bằng cách sử dụng mô hình chuyển động này, có thể ước tính thời gian của chuyến đi khi biết khoảng cách gần đúng giữa điểm xuất phát và điểm đến.

Trong tự nhiên, ánh sáng có chuyển động thẳng đều với tốc độ 300.000 km / s. Tương tự như vậy, chuyển động của âm thanh trong không khí có thể được coi là chuyển động thẳng đều với vận tốc 340 m / s trong nhiều ứng dụng.

Khi phân tích các vấn đề khác, ví dụ như chuyển động của các hạt tải điện bên trong một dây dẫn, phép gần đúng MRU cũng có thể được sử dụng để đưa ra ý tưởng về những gì đang xảy ra bên trong dây dẫn.

Người giới thiệu

1. Bauer, W. 2011. Vật lý cho Kỹ thuật và Khoa học. Tập 1. Mc Graw Hill. 40-45.
2. Figueroa, D. Loạt bài Vật lý dành cho Khoa học và Kỹ thuật. Tập 3. Phiên bản. Động học. 69-85.
3. Giancoli, D. Vật lý: Nguyên tắc với ứng dụng. 6 ^ngày . Ed Prentice Hall. 19-36.
4. Hewitt, Paul. 2012. Khoa học Vật lý Khái niệm. 5 ^ngày . Ed. Pearson. 14-18.
5. Kirkpatrick, L. 2007. Vật lý: Cái nhìn về thế giới. 6 ^ta Viết tắt Chỉnh sửa. Học tập Cengage. 15-19.
6. Wilson, J. 2011. Vật lý 10. Giáo dục Pearson. 116-119.