BÀI 5: CHUYỂN ĐỘNG TỔNG HỢP
Ảnh
Trang bìa
Trang bìa
Ảnh
BÀI 5 CHUYỂN ĐỘNG TỔNG HỢP
Mở đầu
Nội dung bài học
- Độ dịch chuyển tổng hợp, vận tốc tổng hợp. - Công thức tính vận tốc.
Ví dụ minh họa
Ảnh
Bạn C đứng yên trên sân ga vẫy tay tiễn bạn A và bạn B trên tàu hỏa. Khi tàu chuyển động, bạn C thấy bạn B đang chuyển động ra xa trong khi bạn A lại thấy bạn B đứng trên tàu (Hình 5.1). Tại sao?
Tổng hợp
Thảo luận 1
Ảnh
Quan sát Hình 5.2, mô tả chuyển động của: a) Bé trai đối với mẹ trên thang uộn và đối với bố cùng em gái đứng yên trên mặt đất. b) Thuyền giấy đối với nước và đối với người quan sát đứng yên trên mặt đất.
Trả lời
a) Bé trai đang đứng yên đối với mẹ nhưng lại đang chuyển động đối với bố và em gái. b) Thuyền giấy đứng yên đối với nước, nhưng lại chuyển động đối với người quan sát đứng yên trên bờ.
Tính tương đối chuyển động
Hệ quy chiếu đứng yên: là hệ quy chiếu gắn với vật làm gốc được quy ước là đứng yên như sân ga (hình 5.1), người quan sát đứng yên trên mặt đất (hình 5.2). Hệ quy chiếu chuyển động: là hệ quy chiếu gắn với vật làm gốc chuyển động so với hệ quy chiếu đứng yên như tàu hỏa chuyển động so với sân ga (hình 5.1), bậc thang cuộn khi đang hoạt động so với mặt đất (hình 5.2a) và dòng nước đang trôi so với người đứng yên trên mặt đất (hình 5.2b).
Ví dụ
Ví dụ: Bạn B đi từ cuối lên đầu của một toa tàu khi tàu đang chuyển động (hình 5.3). Để xem xét độ dịch chuyển của bạn B, ta quy ước: + Vật số 1 (người) là vật chuyển động đang xét. + Vật số 2 (toa tàu) là vật chuyển động được chọn làm gốc của hệ quy chiếu chuyển động. + Vật số 3 (đường ray) là vật đứng yên được chọn làm gốc của hệ quy chiếu đứng yên.
Ảnh
Thảo luận 2
Hình vẽ
Em hãy đưa ra dự đoán để so sánh thời gian chuyển động của thuyền khi chạy xuôi dòng và khi chạy ngược dòng giữa hai vị trí cố định trên bờ sông (Hình 5.4).
Ảnh
Trả lời
Khi thuyền đi xuôi dòng thì sẽ đi nhanh hơn nên sẽ cần ít thời gian hơn khi thuyền đi ngược dòng. Nguyên nhân là khi xuôi dòng, nước đẩy thuyền đi làm thuyền chạy nhanh hơn.
Kết luận
Hình vẽ
Kết luận: Vận tốc tuyệt đối (vận tốc của vật đối với hệ quy chiếu đứng yên) bằng tổng vận tốc tương đối (vận tốc của vật đối với hệ quy chiếu chuyển động) và vận tốc kéo theo (vận tố của hê quy chiếu chuyển động đói với hệ quy chiếu đứng yên).
Luyện tập
Trên đường đi học, một bạn phát hiện để quên tài liệu học tập ở nhà. Vì vậy, bạn đó đã gọi điện thoại nhờ anh trai của mình mang đến giúp. Giả sử hai người cùng chuyển động thẳng đều. Áp dụng công thức tính vận tốc tổng hợp, hãy giải thích trong trường hợp nào dưới đây bạn đó sẽ nhận được tài liệu nhanh hơn. a) Anh trai chạy đuổi theo bạn đó với vận tốc latex(vec(v)_(13)) trong khi bạn đó tiếp tục chạy cùng chiều với vận tốc latex(vec(v)_(23) (vec(v)_(13) > vec(v)_(23))). b) Anh trai chạy đến chỗ bạn đó với vận tốc latex(vec(v)_(13)) trong khi bạn đó chạy ngược lại với vận tốc latex(vec(v)_(23)) .
Bài giải
Chọn chiều dương là chiều chuyển động của anh trai bạn HS. Gọi latex(vec(v)_(13) và vec(v)_(23)) lần lượt là vận tốc của anh trai bạn HS và cả bạn HS đối với mặt đường (hệ quy chiếu đứng yên), latex(vec(v)_(12)) là vận tốc của anh trai bạn HS đối với bạn HS (hệ quy chiếu chuyển động). Ta có: latex(vec(v)_(13) = vec(v)_(12) + vec(v)_(23)) a) Anh trai chuyển động cùng chiều đi của bạn HS: latex(vec(v)_(13) = vec(v)_(12) + vec(v)_(23) → vec(v)_(12) = vec(v)_(13) - vec(v)_(23) (vec(v)_(13) > vec(v)_(23))). b) Anh trai chuyển động ngược chiều đi của bạn HS: latex(vec(v)_(13) = vec(v)_(12) - vec(v)_(23) → vec(v)_(12) = vec(v)_(13) + vec(v)_(23)). Vậy trong trường hợp b) bạn HS sẽ nhận được tài liệu nhanh hơn do latex(t_a = d/(vec(v)_(13) - vec(v)_(23)) > t_b = d/(vec(v)_(13) + vec(v)_(23))).
Vận dụng
Ví dụ 1
Bài tập trắc nghiệm
Một xe chạy liên tục trong 2,5 giờ. Trong 1 giờ đầu, xe chạy với tốc độ trung bình 60km/h, trong khoảng thời gian còn lại, chạy với tốc độ trung bình 40km/h. Tính tốc độ trung bình của xe trong toàn bộ khoảng thời gian chuyển động.
48km/h
36km/h
24km/h
Ví dụ 2
Bài tập trắc nghiệm
Trong một giải đua xe đạp, đài truyền hình phải cử các mô tô chạy theo các vận động viên để ghi hình chặng đua. Khi mô tô đang quay hình vận động viên cuối cùng, vận động viên dẫn đầu đang cách xe mô tô một đoạn 10km. Xe mô tô tiếp tục chạy để quay hình các vận động viên khác và bắt kịp vận dộng viên dẫn đầu sau 30 phút. Tính tốc độ của vận động viên dẫn đầu, xem như các xe chuyển động với tốc độ không đổi trong quá trình nói trên và biết tốc dộ của xe mô tô là 60 km/h
20km/h
40km/h
60km/h
Luyện tập
Một đoàn tàu đang chuyển động đều với tốc độ 8 m/s và có một người soát vé đang ổn định khách trong toa tàu. Một học sinh đứng bên đường thấy người soát vé đi với vận tốc bằng bao nhiêu trong các trường hợp sau: a) Người soát vé đi với tốc độ 1,5 m/s về phía đuôi tàu. b) Người soát vé đi với tốc độ 1,5 m/s về phía đầu tàu. c) Người soát vé đứng yên trên tàu.
Bài giải
Gọi vận tốc của người soát vé và tàu đối với HS đứng bên đường lần lượt là latex(vec(v)_(13) và vec(v)_(23) (v_(23) = 8 m/s)), vận tốc của người soát vé đối với tàu là latex(vec(v)_(12) (v_(12) = 1,5 m/s)). Chọn chiều dương là chiều chuyển động của tàu. Ta có latex(vec(v)_(13) = vec(v)_(12) + vec(v)_(23)). a) Người soát vé chuyển động ngược chiều so với chuyển động của tàu, ta có: latex(v_(13) = - v_(12) + v_(23)) = - 1,5 + 8 = 6,5 m/s. b) Người soát vé chuyển ộng cùng chiều so với chiều chuyển động của tàu, ta có: latex(v_(13) = v_(12) + v_(23)) = 1,5 + 8 = 9,5 m/s. c) Lúc này latex(v_(12)) = 0, người soát vé và đoàn tàu chuyển động cùng tốc độ latex(v_(13) = v_(23)) = 8 m/s.
Vận dụng
Hình vẽ
Em hãy nêu một số tình huống thực tiễn thể hiện ứng dụng tinh chất tương đối của chuyển động.
Trả lời
Trong các sân bay hoặc trung tâm thương mại lớn, người ta thường lắp đặt các thang cuốn để thuận tiện trong quá trình di chuyển nhờ vào việc vận dụng tính tương đối của chuyển động. Gọi vận tốc của người và thang cuốn đối với mặt đất lần lượt là latex(vec(v)_(13) và vec(v)_(23)), vận tốc tương đối của người đối với thang cuốn là latex(vec(v)_(12)), Ta có latex(vec(v)_(13) = vec(v)_(12) + vec(v)_(23)). - Khi khách hàng đứng yên trên thang cuốn (latex(v_(12)) = 0) thì người ấy vẫn chuyển động so với mặt đất với cùng tốc độ của thang cuốn latex(v_(13) = v_(23)). - Khi khách hàng chuyển động cùng chiều thang cuốn thì người ấy sẽ chuyển động nhanh hơn với tốc độ latex(v_(13) = v_(12) + v_(23)) và tiết kiệm thời gian hơn.