Công thức tính vận tốc
Trước khi tìm hiểu công thức vận tốc, bạn cần nắm rõ khái niệm vận tốc. Trong vật lý, vận tốc được hiểu là đại lượng đặc trưng cho sự nhanh hay chậm của chuyển động. Nói cách khác, vận tốc cho biết trong một đơn vị thời gian, vật đi được bao nhiêu quãng đường.
Vận tốc thường được ký hiệu là v và có thể được tính theo nhiều cách khác nhau tùy thuộc vào dữ kiện đề bài cho. Trong hệ đo lường quốc tế, đơn vị chuẩn của vận tốc là mét trên giây (m/s). Ngoài ra, đơn vị kilomet trên giờ (km/h) cũng được sử dụng phổ biến trong đời sống, đặc biệt trong giao thông.
Ý nghĩa thực tế của vận tốc rất quan trọng. Khi bạn đi xe máy, ô tô hoặc tàu hỏa, bảng đồng hồ tốc độ chính là biểu thị vận tốc. Khi một vận động viên chạy đua, vận tốc cho biết anh ta có thể hoàn thành quãng đường trong bao lâu. Ngay cả trong dòng chảy của nước, luồng gió hay tín hiệu truyền qua mạng internet, khái niệm vận tốc đều hiện diện và đóng vai trò quyết định.
Mối liên hệ giữa vận tốc, quãng đường và thời gian
Vận tốc không tồn tại một mình, mà luôn gắn liền với hai đại lượng khác là quãng đường và thời gian. Nếu biết hai yếu tố trong ba đại lượng này, bạn có thể tính được yếu tố còn lại. Chính mối quan hệ này là nền tảng của các công thức toán học và vật lý mà bạn sẽ học ở phần tiếp theo.
Biểu diễn công thức vận tốc v=s / tCông thức phổ biến và cơ bản nhất để xác định vận tốc là:
v=s / t
Trong đó:
v là vận tốc
s là quãng đường vật đi được
t là thời gian vật đi hết quãng đường đó
Công thức này cho thấy vận tốc tỉ lệ thuận với quãng đường và tỉ lệ nghịch với thời gian. Nghĩa là cùng một quãng đường, nếu mất ít thời gian hơn thì vận tốc sẽ lớn hơn.
Ví dụ minh họa
Một người đi bộ quãng đường dài 5km trong thời gian 1 giờ. Khi áp dụng công thức, ta có v=5 / 1=5km/h. Nếu người đó đi nhanh hơn và chỉ mất 30 phút (0, 5 giờ), thì vận tốc sẽ là v=5 / 0, 5=10km/h.
Ví dụ này cho thấy công thức tính vận tốc rất trực quan và dễ áp dụng trong đời sống.
Ví dụ bài toán tính vận tốc của người đi bộTrong thực tế, không phải lúc nào chuyển động cũng đơn giản. Chính vì vậy, ngoài công thức cơ bản, còn có nhiều dạng công thức khác để tính vận tốc trong những trường hợp đặc biệt.
Vận tốc trung bình
Khi vật di chuyển qua nhiều quãng đường với những vận tốc khác nhau, ta không thể chỉ lấy trung bình cộng đơn giản. Lúc này, vận tốc trung bình được tính theo công thức:
v_tb=s / t
Trong đó s là tổng quãng đường vật đi được, còn t là tổng thời gian đã di chuyển.
Ví dụ, một ô tô đi 60km trong 2 giờ, sau đó đi tiếp 40km trong 1 giờ. Vận tốc trung bình của cả hành trình là v_tb=(60 + 40) / (2 + 1)=100 / 3 ≈ 33, 3 km/h.
Vận tốc trong chuyển động đều và không đều
Khi vận tốc không thay đổi theo thời gian, ta gọi đó là chuyển động đều. Công thức vận tốc trong trường hợp này giống như công thức cơ bản.
Khi vận tốc thay đổi, ta có thể tính vận tốc tức thời tại một thời điểm nhất định bằng cách lấy đạo hàm của quãng đường theo thời gian. Công thức:
v tức thời=ds / dt
Trong đó ds là độ biến thiên rất nhỏ của quãng đường, dt là độ biến thiên rất nhỏ của thời gian. Công thức này thường được học ở bậc trung học phổ thông khi làm quen với giải tích trong vật lý.
Vận tốc góc
Trong các bài toán liên quan đến chuyển động tròn, vận tốc góc là khái niệm quan trọng. Nó cho biết vật quay được một góc bao nhiêu radian trong một đơn vị thời gian. Công thức là:
ω=Δθ / Δt
Trong đó ω là vận tốc góc, Δθ là góc quay được, Δt là khoảng thời gian quay.
Vận tốc trong thể thao và giao thôngHiểu và áp dụng công thức vận tốc không chỉ để giải bài tập mà còn mang nhiều ứng dụng thực tế.
Trong giao thông, bảng tốc độ trên xe máy hay ô tô giúp bạn kiểm soát tốc độ và tuân thủ luật giao thông. Khi lái xe, bạn phải biết vận tốc để tính được thời gian đến nơi hoặc xác định quãng đường còn lại có kịp thời gian không.
Trong thể thao, vận tốc giúp đánh giá thành tích của vận động viên. Một vận động viên chạy 100m trong 10 giây có vận tốc trung bình 10m/s, từ đó so sánh với các vận động viên khác để xác định ai nhanh hơn.
Trong tự nhiên, vận tốc còn được dùng để đo tốc độ dòng chảy của sông, tốc độ gió hay tốc độ ánh sáng. Các nhà khoa học dựa vào những số liệu vận tốc để nghiên cứu khí tượng, thiên văn và nhiều hiện tượng tự nhiên khác.
Ứng dụng trong công nghệ và kỹ thuật