Chuyển động thẳng đều: Lý thuyết và bài tập minh họa

Ở bộ môn Vật lý lớp 10, các em sẽ được học về các loại chuyển động như chuyển động thẳng đều, chuyển động cơ, chuyển động thẳng biến đổi đều,… Trong bài viết này, Marathon Education sẽ tổng hợp các kiến thức liên quan đến chuyển động thẳng đều – một trong những khái niệm quan trọng trong chương trình và có nhiều ứng dụng trong đời sống.

Xem thêm:

• Vật Lý 10: Chuyển Động Tròn Đều Lý Thuyết Và Bài Tập Minh Họa
• Tổng Hợp Công Thức Lý 10 Đầy Đủ, Dễ Nhớ

Một số khái niệm cơ bản trong chuyển động

Độ dời

Độ dời là khái niệm chỉ độ biến thiên của tọa độ, được tính bằng hiệu giữa tọa độ lúc sau và tọa độ lúc đầu của chuyển động. Độ dời thường được ký hiệu là Δx

Δx = x₂ – x₁

Lưu ý:

\begin{aligned}
&\small\bull\text{Độ dời không phụ thuộc vào hình dạng của quỹ đạo, chỉ phụ thuộc vào vị trí tọa độ của điểm đầu}\\
&\small\text{và điểm cuối}\\
&\small\bull\text{Vectơ }\overrightarrow{AB} \text{ có gốc tại điểm A (điểm đầu) và hướng về điểm B (điểm cuối) được gọi là vectơ độ dời}\\
&\small\text{ của chuyển động.}
\end{aligned}

>>> Xem thêm: Thế Năng Là Gì? Công Thức Tính Thế Năng Trọng Trường Và Thế Năng Đàn Hồi

Quãng đường

Quãng đường là khái niệm chỉ độ dài quỹ đạo chuyển động của vật.

Lưu ý: Quãng đường chuyển động của một chất điểm có thể không trùng với độ dời của nó.

Công thức tính quãng đường là: s = v.t

Ví dụ về độ dời và quãng đường: 

Một con kiến bò quanh miệng một cái cốc, sau một khoảng thời gian Δt nhất định nó quay về vị trí ban đầu. Khi đó, độ dời chuyển động của con kiến là Δx = 0 và quãng đường chuyển động của nó chính bằng chu vi miệng cốc.

>>> Xem thêm: Lý Thuyết Lý 10: Cơ Năng Là Gì Và Công Thức Tính Cơ Năng

Vận tốc

Vận tốc được định nghĩa như sau: Vận tốc là một đại lượng vectơ và đặc trưng cho sự chuyển động nhanh hay chậm của vật

Vận tốc trung bình

Xét 2 chất điểm có tọa độ x₁, x₂ tại các thời điểm t₁, t₂

Khi đó, công thức tính vận tốc trung bình là:

v_{tb}=\frac{\Delta x}{\Delta t}=\frac{x_2-x_1}{t_2-t_1}

Lưu ý:

Vận tốc trung bình có phương và chiều trùng với phương và chiều của vectơ độ dời

Cần phân biệt vận tốc trung bình với tốc độ trung bình. Công thức tính tốc độ trung bình:

\text{Tốc độ trung bình}=\frac{S_1+S_2+...+S_n}{t_1+t_2+...+t_n}

Vận tốc tức thời

Vận tốc tức thời là vận tốc xét tại một thời điểm t, đặc trưng cho chiều và độ nhanh, chậm của chuyển động tại thời điểm đó.

\begin{aligned}
&\small\text{Khi }\Delta x \to 0 \text{ thì }\frac{\Delta x}{\Delta t}\simeq\frac{\Delta s}{\Delta t} \Rightarrow \text{Vận tốc tức thời có độ lớn bằng với tốc độ tức thời.}
\end{aligned}

>>> Xem thêm: Lý Thuyết Tính Tương Đối Của Chuyển Động Và Bài Tập Minh Họa

Chuyển động thẳng đều

Chuyển động thẳng đều là gì?

Định nghĩa

Chuyển động thẳng đều được định nghĩa là một chuyển động thẳng, trong đó chất điểm chuyển động có vận tốc tức thời không đổi.

Ngoài ra, chuyển động thẳng đều còn có thể được xem như chuyển động có quỹ đạo là đường thẳng và có tốc độ trung bình như nhau trên mọi quãng đường.

Đặc điểm của một chuyển động đều:

• Quỹ đạo là một đường thẳng
• Vận tốc không đổi
• Gia tốc bằng không

Công thức liên hệ s – v – t

v = st

Trong đó:

• v là vận tốc của chuyển động thẳng đều
• s là quãng đường vật đi được
• t là thời gian để vật đi hết quãng đường s

>>> Xem thêm: Lý Thuyết Lý 10: Chuyển Động Thẳng Biến Đổi Đều

Phương trình chuyển động thẳng đều

Phương trình chuyển động thẳng đều có dạng:

x = x₀ + v(t – t₀)

Trong đó: 

• x là tọa độ của vật tại thời điểm xác định t
• x₀ là tọa độ của vật tại thời điểm ban đầu t₀
• v là vận tốc tức thời của vật
• t₀ là gốc thời gian

Lưu ý:

• Để đơn giản hơn, người ta thường chọn gốc thời gian t₀ = 0
• Quãng đường mà vật đi được sau khoảng thời gian Δt được tính bằng công thức: s = |v|.Δt
• Nếu vật chuyển động thẳng và không đổi chiều thì độ dời sẽ bằng với quãng đường, tức là: Δx = t – x₀ = s
• Dấu của vận tốc phụ thuộc vào chiều dương mà ta chọn trước khi tính, nghĩa là:

• Nếu vật chuyển động cùng chiều dương thì v > 0
• Nếu vật chuyển động ngược chiều dương thì v < 0

>>> Xem thêm: Động Năng Là Gì? Định Lý Và Công Thức Tính Động Năng

Đồ thị của chuyển động thẳng đều

Phương trình chuyển động thẳng đều x = x₀ + vt có đồ thị tương tự như đồ thị của hàm số y = ax + b.

Thông thường, chuyển động thẳng đều sẽ có 2 dạng đồ thị (tùy thuộc vào dấu của vận tốc) như sau:

Khi đó, độ dốc của đường thẳng được tính bằng công thức:

tan = x – x₀t = v

>>> Xem thêm: Lý Thuyết Lý 10: Chuyển Động Cơ Và Bài Tập Minh Họa

Bài tập minh họa về chuyển động thẳng đều

Dưới đây là một số bài tập minh họa về chuyển động thẳng đều

Bài tập 1

Một ôtô đi từ TP. Hồ Chí Minh đến Vũng Tàu với tốc độ trung bình là 40km/h. Sau đó, ôtô này di chuyển từ Vũng Tàu về TP. Hồ Chí Minh với tốc độ trung bình là 60km/h. Tính tốc độ trung bình của ôtô trên cả hành trình.

Hướng dẫn giải:

\begin{aligned}
&\small\text{Lúc đi: }40km/h=\frac{s}{t_1}\Rightarrow t_1=\frac{s}{40}\\
&\small\text{Lúc về: }60km/h=\frac{s}{t_2}\Rightarrow t_2=\frac{s}{60}\\
&\small\text{Tốc độ trung bình của ôtô trên cả hành trình là: }\\
&\frac{2s}{t_1+t_2}=\frac{2s}{\frac{s}{40}+\frac{s}{60}}=\frac{2}{\frac{1}{40}+\frac{1}{60}}=48km/h
\end{aligned}

Bài tập 2

Hai xe cùng khởi hành một lúc từ hai điểm A và B và chuyển d9ogn65 ngược chiều nhau. Độ dài của quãng đường AB là 120km. Vận tốc của xe đi từ A là 40km/h, của xe đi từ B là 20km/h. Chuyển động của các xe là chuyển động thẳng đều và là chuyển động của chất điểm.

a) Tìm vị trí và thời điểm hai xe gặp nhau bằng phương trình chuyển động

b) Tìm vị trí và thời điểm hai xe gặp nhau bằng đồ thị của chuyển động

\begin{aligned}
&\small\text{a) Chọn gốc tọa độ tại điểm A, chiều dương từ A đến B}\\
&\small\text{Phương trình chuyển động của xe A:}\\
&\small x_A=40t\\
&\small\text{Phương trình chuyển động của xe B:}\\
&\small x_B=120-20t\\
&\small\text{Hai xe gặp nhau}\\
&\small\Leftrightarrow x_A=x_B\\
&\small\Leftrightarrow40t=120-20t\\
&\small\Leftrightarrow t=2h \text{ và }x=80km\\
&\small\text{Vậy sau khi xuất phát 2h, hai xe gặp nhau tại vị trí cách A 80km}
\end{aligned}

b) Đồ thị biểu diễn phương trình chuyển động của 2 xe:

Ta thấy 2 đồ thị chuyển động của xe A và xe B giao nhau tại điểm có tọa độ là (2; 80).

Vậy sau khi xuất phát 2h, hai xe gặp nhau tại vị trí cách A 80km.

Tham khảo ngay các khoá học online của Marathon Education

Trên đây là những lý thuyết về chuyển động thẳng đều cùng một số bài tập vận dụng liên quan. Qua đó, Marathon Education hy vọng các em có thể tổng hợp kiến thức dễ dàng hơn và có thêm động lực học tốt với môn Vật lý. Để học online trực tuyến kiến thức Toán – Lý – Hóa nhiều hơn, các em hãy đăng ký lớp học livestream tại Marathon Education ngay hôm nay!