Vận Tốc

Vận tốc của một vật là tốc độ thay đổi vị trí của nó đối với hệ quy chiếu và là một hàm của thời gian.

Vận tốc ở đây được hiểu là vận tốc dài hay vận tốc tuyến tính, phân biệt với vận tốc góc. Vận tốc tương đương với đặc điểm kỹ thuật về tốc độ và hướng chuyển động của một đối tượng (ví dụ: 60 phút/h về phía bắc). Vận tốc là một khái niệm cơ bản trong động học, một nhánh của cơ học cổ điển mô tả chuyển động của các vật thể.

Vận Tốc
Đồng hồ tốc độ trên xe ô tô biểu thị độ lớn của vận tốc dọc theo hướng di chuyển của xe

Vận tốc là một đại lượng vectơ vật lý; cả độ lớn và hướng đều cần thiết để xác định nó. Giá trị tuyệt đối vô hướng (độ lớn) của vận tốc được gọi là tốc độ, là một đơn vị dẫn xuất nhất quán mà đại lượng của nó được đo trong SI (hệ mét) dưới dạng mét trên giây (m/s) hoặc là đơn vị cơ sở SI của (m⋅s - 1). Ví dụ: "5 mét trên giây" là một đại lượng vô hướng, trong khi "5 mét trên giây về phía đông" là một vectơ. Nếu có sự thay đổi về tốc độ, hướng hoặc cả hai thì vật có vận tốc thay đổi và được cho là đang trải qua một gia tốc.

Vận tốc không đổi so với gia tốc Vận Tốc

Để có vận tốc không đổi thì một vật phải có vận tốc không đổi theo phương không đổi. Hướng không đổi hạn chế vật chuyển động trên một đường thẳng do đó, một vận tốc không đổi có nghĩa là chuyển động trên một đường thẳng với tốc độ không đổi.

Ví dụ, một ô tô chuyển động với vận tốc không đổi 20 km/h trên một đường tròn có tốc độ không đổi, nhưng không có vận tốc không đổi vì hướng của nó thay đổi. Do đó, chiếc xe được coi là đang trong quá trình gia tốc.

Sự khác biệt giữa tốc độ và Vận Tốc

Vận Tốc 
Các đại lượng động học của hạt cổ điển: khối lượng m, vị trí r, vận tốc v, gia tốc a.

Tốc độ, độ lớn vô hướng của vectơ vận tốc, chỉ biểu thị tốc độ của một vật đang chuyển động.

Ví dụ, một ô tô chuyển động với vận tốc không đổi 20 km/h trên một đường tròn có tốc độ không đổi, nhưng không có vận tốc không đổi vì hướng của nó thay đổi. Khi đi hết một đường tròn thì tốc độ của nó vẫn là 20 km/h, nhưng vận tốc của nó là 0 vì nó đi về vị trí ban đầu.

Vận tốc trong chuyển động thẳng đều Vận Tốc

Đối với một vật chuyển động thẳng đều, tốc độ và chiều chuyển động không thay đổi theo thời gian. Do đó, vector vận tốc có giá trị xác định và không đổi.

Nếu đã biết chiều chuyển động, điều chúng ta quan tâm là tốc độ chuyển động, hay quãng đường đi được trong một đơn vị thời gian. Để tính tốc độ chuyển động, chúng ta đơn giản lấy quãng đường đi được chia cho thời gian đi hết quãng đường đó. Trong chuyển động thẳng của một chất điểm, nếu chất điểm chuyển động theo một chiều ta chọn chiều đó làm chiều dương thì độ lớn của độ dài bằng quãng đường đi được của chất điểm.

    Vận Tốc 
  • Vận Tốc  là thời gian
  • Vận Tốc  là quãng đường
  • Vận Tốc  là tốc độ của chuyển động thẳng đều

Trong SI, quãng đường đo bằng mét (m), thời gian đo bằng giây (s) thì tốc độ có đơn vị là mét trên giây (m/s). Tốc độ có thể có những đơn vị khác, chẳng hạn như kilomet/giờ (km/h), phụ thuộc vào đơn vị mà ta chọn cho quãng đường và thời gian. Như vậy, khi nói một vật chuyển động thẳng đều với vận tốc 5 m/s (giả sử ta đã biết chiều chuyển động nên vận tốc ở đây đơn giản là tốc độ), điều đó có nghĩa là cứ mỗi 1 giây, vật đi được quãng đường 5 mét.1 km/h≈0,28 m/s. Vận tốc âm thanh là 344 m/s. Vận tốc ánh sáng trong chân không là 299.792.458 m/s

Nếu quan tâm đến chiều chuyển động, ta có thể quy ước 1 trong 2 chiều là chiều dương và gán cho vận tốc giá trị dương khi vật chuyển động cùng chiều với chiều dương đã chọn và giá trị âm khi vật chuyển động theo chiều ngược lại.

Vận tốc trung bình Vận Tốc

Khi vận tốc của vật thay đổi theo thời gian, người ta có thể sử dụng khái niệm vận tốc trung bình. Vận tốc trung bình Vận Tốc trong một khoảng thời gian nhất định được định nghĩa là tỉ số giữa sự thay đổi vị trí trong khoảng thời gian đang xét và khoảng thời gian đó. Phương trình toán học như sau:

    Vận Tốc 
  • Vận Tốc : vận tốc trung bình
  • Vận Tốc : vị trí cuối
  • Vận Tốc : vị trí đầu
  • Vận Tốc : thời điểm cuối
  • Vận Tốc : thời điểm đầu
  • kết quả phép trừ vector Vận Tốc  còn gọi là độ dịch chuyển

Vận tốc trung bình Vận Tốc trên những khoảng thời gian khác nhau có thể mang những giá trị khác nhau.

Thêm nữa, cần phân biệt với tốc độ trung bình được định nghĩa là tổng quãng đường đi được chia cho khoảng thời gian được xét:

    Vận Tốc 
  • Vận Tốc : tốc độ trung bình
  • s: tổng quãng đường đi được trong khoảng thời gian
  • t: khoảng thời gian
  • s1, s2,..., sn là những quãng đường thành phần đi được trong các khoảng thời gian thành phần t1, t2,..., tn

Theo định nghĩa này, tốc độ trung bình không phải là độ lớn của vận tốc trung bình.

Khi nghiên cứu chuyển động biến đổi một cách chi tiết và chính xác, một đại lượng quan trọng hơn vận tốc trung bình được sử dụng. Đó là vận tốc tức thời.

Vận tốc tức thời Vận Tốc

Vận tốc tức thời Vận Tốc mô tả sự nhanh chậm và chiều chuyển động tại một thời điểm nào đó trên đường đi của vật. Nếu vận tốc trung bình cho ta một cái nhìn tổng quát về vận tốc của vật trong một khoảng thời gian xác định thì vận tốc tức thời cho ta một cái nhìn cụ thể, tại một thời điểm.

Để tính vận tốc tức thời tại một thời điểm ta xét vận tốc trung bình trong khoảng thời gian vô cùng nhỏ tính từ thời điểm đó. Khái niệm giới hạn trong toán giải tích là công cụ quý giá giúp ta làm điều này:

    Vận Tốc 

Phương trình toán học trên cho biết: khi khoảng thời gian được xét tiến dần đến 0 thì vận tốc trung bình tiến dần đến vận tốc tức thời (tại thời điểm t0). Giới hạn này đồng nghĩa với đạo hàm của vị trí theo thời gian. Từ đó, vận tốc tức thời được định nghĩa như sau:

    Vận Tốc 

Trong đó:

  • Vận Tốc  là vectơ vận tốc tức thời
  • Vận Tốc  là vectơ vị trí như một hàm số của thời gian
  • Vận Tốc  là thời gian

Diễn đạt bằng lời: Vận tốc tức thời Vận Tốc là đạo hàm của vị trí theo thời gian.

Đơn vị

Trong hệ đo lường quốc tế SI, vận tốc có đơn vị mét trên giây (m/s). Các đơn vị khác có thể được dùng để đo vận tốc là km/h, km/s...

Tính tương đối Vận Tốc

Vận tốc của cùng một chuyển động có thể có những giá trị khác nhau đối với những quan sát viên khác nhau. Do đó, vận tốc có tính tương đối. Ví dụ, một vật chuyển động (có vận tốc khác không) so với vật khác nhưng lại đứng yên (có vận tốc bằng không) so với chính mình.

Để đo giá trị của vận tốc, người ta gắn với mỗi quan sát viên nói trên một hệ trục tọa độ để xác định vị trí trong không gian và một đồng hồ để xác định thời gian. Hệ trục tọa độ và đồng hồ được gọi là hệ quy chiếu. Các quan sát viên khác nhau có thể có hệ quy chiếu khác nhau và quan sát thấy các vận tốc khác nhau của cùng một vật thể đang chuyển động. Như vậy, vận tốc của chuyển động phụ thuộc vào hệ quy chiếu tại đó vị trí và thời gian được ghi nhận.

Cộng vận tốc trong Cơ học cổ điển

Như đã nói ở trên, vận tốc có tính tương đối và, do đó, có thể nhận các giá trị khác nhau đối với các hệ quy chiếu khác nhau. Để "chuyển đổi" vận tốc từ hệ quy chiếu này sang hệ quy chiếu khác, người ta sử dụng phép cộng vận tốc.

Trong Cơ học cổ điển, công thức cộng vận tốc đơn giản là phép cộng véctơ được thể hiện như sau:

    Vận Tốc 

Trong đó:

  • Vận Tốc  là vận tốc của A đối với B
  • Vận Tốc  là vận tốc của A đối với C
  • Vận Tốc  là vận tốc của C đối với B

Như vậy, vận tốc của một vật A đối với hệ quy chiếu B bằng vận tốc của A đối với một hệ quy chiếu trung gian C cộng với vận tốc của hệ quy chiếu trung gian đó đối với hệ quy chiếu B.

Cộng vận tốc trong Cơ học tương đối tính

Theo Thuyết Tương Đối của Albert Einstein công thức cộng vận tốc được viết lại một cách chính xác hơn như sau:

Vận Tốc 

Trong đó:

  • Vận Tốc  là vận tốc tuyệt đối (tại hệ quán tính đang khảo sát Vận Tốc )
  • Vận Tốc  là vận tốc tương đối (tại hệ quán tính đang chuyển động (Vận Tốc ) đối với hệ quán tính Vận Tốc )
  • Vận Tốc  là vận tốc của hệ quán tính Vận Tốc  so với hệ quán tính Vận Tốc 
  • Vận Tốc  là vận tốc ánh sáng trong chân không (thường lấy Vận Tốc )

Công thức này còn thể hiện tính bất biến của vận tốc ánh sáng trong chân không đối với các hệ quán tính khác nhau. Thật vậy, với Vận Tốc  thì Vận Tốc . Khi Vận Tốc  thì ta lại được công thức cộng vận tốc trong cơ học cổ điển.

Chứng minh cộng thức cộng vận tốc trong chuyển động tương đối tính

  • Ta có: Vận Tốc  Vận Tốc 
  • Với Vận Tốc Vận Tốc , thay vào Vận Tốc  và biến đổi, ta được:

Vận Tốc 

  • Chia cả hai vế cho Vận Tốc : Vận Tốc 

Vận tốc góc Vận Tốc

Thuyết tương đối hẹp Vận Tốc

Trong thuyết tương đối hẹp, vận tốc được mở rộng ra thành vận tốc-4 trong không-thời gian. Nó là đạo hàm theo thời gian của véctơ vị trí-4:

    Vận Tốc 

với u là véctơ vận tốc trong không gian ba chiều thông thường

    Vận Tốc 

i = 1, 2, 3. Chú ý rằng:

    Vận Tốc 

Xem thêm

Tham khảo

  • Sách giáo khoa Toán 5, Chương IV, Nhà xuất bản giáo dục Việt Nam
  • Sách giáo khoa Vật lý 8, Chương I: Cơ học, Bài 2: Vận tốc, Nhà xuất bản giáo dục Việt Nam
  • Sách giáo khoa Vật lý 10 và Sách giáo khoa Vật lý 10 nâng cao, Nhà xuất bản giáo dục Việt Nam
  • Sách tra cứu tóm tắt về vật lý, N.I.Kariakin, K.N.Bu'xtrov, P.X.Kireev, Nhà xuất bản Khoa học và Kĩ thuật Hà Nội, Nhà xuất bản Moskva

Liên kết ngoài

Tags:

Vận tốc không đổi so với gia tốc Vận TốcSự khác biệt giữa tốc độ và Vận TốcVận tốc trong chuyển động thẳng đều Vận TốcVận tốc trung bình Vận TốcVận tốc tức thời Vận TốcTính tương đối Vận TốcVận tốc góc Vận TốcThuyết tương đối hẹp Vận TốcVận TốcChuyển độngChuyển động họcCơ học cổ điểnHệ quy chiếuTốc độVận tốc gócVị trí (vector)

🔥 Trending searches on Wiki Tiếng Việt:

Bảng tuần hoànDanh sách phim điện ảnh Thám tử lừng danh ConanMỹ ĐứcKung Fu Panda 4Trần Đại NghĩaMèo BengalTrần Quốc ToảnCải cách ruộng đất tại miền Bắc Việt NamĐà NẵngPhong trào Cần VươngLee Do-hyunNhà thờ chính tòa Đức Bà Sài GònBạo lực học đườngTam quốc diễn nghĩaTây NinhĐèo Hải VânVõ Trần ChíKhủng longĐồng NaiMNguyễn TrãiCampuchiaGiải vô địch bóng đá châu Âu 2024Long AnNgân hàng Thương mại cổ phần Đầu tư và Phát triển Việt NamNgân hàng Thương mại Cổ phần Công thương Việt NamPhần LanNguyễn Minh TriếtHarry PotterKinh tế Nhật BảnReal Madrid CFThủ ĐứcLạc Long QuânXuân QuỳnhDanh sách Chủ tịch nước Việt NamTổng Bí thư Ban Chấp hành Trung ương Đảng Cộng sản Việt NamKhởi nghĩa Hai Bà TrưngCông ty Cổ phần Chứng khoán VNDIRECTBùi Quang Huy (chính khách)Anh túcNhận thứcCách mạng Công nghiệp lần thứ tưChí PhèoPBinh chủng Công binh, Quân đội nhân dân Việt NamHà TĩnhĐoàn Thanh niên Cộng sản Hồ Chí MinhChủ nghĩa khắc kỷVũ khí hạt nhânĐài Á Châu Tự DoHà NamThành phố trực thuộc trung ương (Việt Nam)Danh sách quốc gia theo dân sốBình DươngHội đồng Bảo an Liên Hợp QuốcBố già (phim 2021)Dế Mèn phiêu lưu kýLịch sử Trung QuốcChiến tranh biên giới Việt–Trung 1979Bộ Tổng tham mưu Quân đội nhân dân Việt NamDương Cưu (chiêm tinh)Tạ Duy AnhNhà Hậu LêPhan Lương CầmLàoLiên minh châu ÂuGiải vô địch bóng đá thế giớiSự kiện 30 tháng 4 năm 1975Nhật thựcSòng bạc trực tuyếnHieuthuhaiHồ Chí MinhRomeo và JulietBộ trưởng Bộ Công an (Việt Nam)Đối tác chiến lược, đối tác toàn diện (Việt Nam)Kim Bình MaiVòng loại Giải vô địch bóng đá thế giới 2026 – Khu vực châu ÁChu Văn AnLục bộ (Việt Nam)🡆 More