Tính tương đối của chuyển động

VnHocTap.com giới thiệu đến các em học sinh lớp 10 bài viết Tính tương đối của chuyển động, nhằm giúp các em học tốt chương trình Vật lí 10.

Nội dung bài viết Tính tương đối của chuyển động:
BÀI 6: TÍNH TƯƠNG ĐỐI CHUYỂN ĐỘNG I. TRỌNG TÂM KIẾN THỨC 1. Tính tương đối của chuyển động Hình dạng quỹ đạo trong các hệ quy chiếu khác nhau thì khác nhau. Vậy quỹ đạo (hay vị trí) có tính tương đối Nhận xét: Vật chuyển động hay đứng yên, phụ thuộc vào chọn hệ qui chiếu. Do đó vận tốc của vật có tính tương đối. 2. Công thức cộng vận tốc Ký hiệu: 12 v là vận tốc của vật 1 đối với hệ quy chiếu gắn với vật 2 là vận tốc của vật 2 đối với hệ quy chiếu gắn với vật 3 13 v là vận tốc của vật 1 đối với hệ quy chiếu gắn với vật 3 Thì ta có: 13 12 23 vvv (công thức cộng vận tốc) Về độ lớn Các trường hợp đặc biệt cùng hướng Lưu ý: Trong giải toán, để đơn giản trong ký hiệu, công thức cộng vận tốc được viết dưới dạng: Trong đó tương ứng là vận tốc của (1) và (2) đối với (3) là vận tốc tương đối của (1) đối với (2) II. VÍ DỤ MINH HOẠ.
Ví dụ 1: Hai tàu hoả cùng chạy trên một đoạn đường sắt thẳng. Tàu A chạy với tốc độ 60 tàu B chạy với tốc độ 80 B υ km h Trả lời các câu hỏi sau: a. Vận tốc tương đối của tàu A đối với tàu B khi hai tàu chạy ngược chiều nhau là A. -80km/h B. 140km/h C. 70km/h D. -20km/h b. Độ lớn của vận tốc tương đối của tàu A đối với tàu B khi hai tàu chạy cùng chiều nhau là A. 80km/h B. 140km/h C. 70km/h D. 20km/h Lời giải: a. Coi tàu A là (1), tàu B là (2), đường ray (trái đất) là (3) chọn Ox gắn với 3, chiều dương hướng từ A sang B 0 υ AB đã cho thấy AB v cùng chiều với chiều + đã chọn, hướng từ A sang B ngược chiều với chiều + đã chọn, tức là hướng từ B sang A Đáp án D. Ví dụ 2: Các giọt mưa rơi thẳng đứng với tốc độ 4km/h. Một người đi bộ trên một đường thẳng với tốc độ 3km/h. Vận tốc tương đối của giọt mưa đối với người đó là A. 3km/h B. 4km/h C. 5km/h D. 7km/h Lời giải: Gọi mưa là (1), người là (2) Đáp án C Ví dụ 3 : Ô tô chuyển động với vận tốc 90km/h đuổi theo đoàn tàu 200m. Thời gian từ lúc ô tô gặp đến khi vượt qua đoàn tàu là 20s. Vận tốc của đoàn tùa là A. 36km/h B. 54km/h C. 60km/h D. 72km/h Lời giải: Vận tốc tương đối giữa ô tô và tàu là Đối với tàu, khi ô tô vượt qua hoàn toàn tàu thì ô tô đã đi được quãng đường s m Do đó thời gian ô tô vượt qua hoàn toàn là Chú ý: có thể giải bằng cách thông thường (chọn hệ quy chiếu gắn với đất).
Bài toán dẫn đến giải phương trình: Đáp án B Ví dụ 4: Hai xe ca A và B chuyển động cùng hướng với cùng tốc độ 30km/h. Khoảng cách giữa hai xe bằng 5km. Một xe C chuyển động theo chiều ngược lại gặp hai xe A và B cách nhau 4 phút. Tốc độ của xe C bằng A. 60km/h B. 15km/h C. 30km/h D. 45km/h Lời giải: Khi xe C gặp xe A thì nó còn cách xe B một khoảng 5km Vận tốc tương đối của xe C đối với xe B là CB c B v vv cùng phương ngược chiều với B v nên CB C B v Thời gian để xe C gặp xe B là Đáp án D Ví dụ 5: Hai quả bóng A, B được ném lên đồng thời. B được ném thẳng đứng lên trên từ mặt đất với tốc độ 10m/s, trong khi A được ném thẳng đứng xuống dưới từ độ cao 20m với cùng tốc độ và cùng trên đường thẳng quỹ đạo với B. Lấy 2 g ms. Độ cao so với đất khi hai quả bóng va vào nhau là A. 10m B. 5m C. 2m D. 4m Lời giải Vật chuyển động tương đối (của B so với A) là chuyển động đều Do đó thời gian kể từ lúc ném đến khi chúng va chạm vào nhau là Mà thời gian bay của một vật ném thẳng đứng lên trên (quả bóng B) là Suy ra độ cao so với đất khi hai quả bóng va vào nhau là Chú ý: Khi gia tốc tương đối giữa hai vật 0 BA a thì trong hệ quy chiếu gắn với vật này (vật A), chuyển động của vật kia (vật B) là chuyển động đều. Đáp án B
Ví dụ 6: Một người trên một khinh khí cầu đang chuyển động thẳng đứng lên trên với gia tốc 5m/s2 ném thẳng đứng xuống dưới một hòn đá với tốc độ 5m/s so với khinh khí cầu. Lấy 2g ms. Vận tốc tương đối của hòn đá đối với người sau khi ném 2s là A. 10m/s B. 30m/s C. 15m/s D. 5m/s Lời giải: Chọn hệ quy chiếu gắn với khinh khí cầu chiều dương hướng xuống Gọi khinh khí cầu là (1), hòn đá là (2) Vận tốc đầu của hòn đá đối với khinh khí cầu là 021 υ Vận tốc của hòn đá đối với người sau khi ném 2s là 021 21 v v at Chú ý : Sau khi tính vận tốc và gia tốc tương đối, bài toán trở thành bài toán chuyển động thẳng biến đổi đều thông thường nên ta áp dụng các công thức của chuyển động thẳng biến đổi đều cho vật (khi xét trong hệ quy chiếu gắn với khinh khí cầu). Đáp án D III. BÀI TẬP RÈN LUYỆN KỸ NĂNG.
Câu 1 : Một vật nhỏ văng ra từ khinh khí cầu đang chuyển động thẳng đứng lên trên. Người thứ nhất đứng ở dưới đất, người thứ hai đang ở trên khinh khí cầu. Ngay sau khi vật văng ra thì A. cả hai quan sát thấy vật đang đi xuống B. cả hai quan sát thấy vật đang đi lên C. người đứng dưới đất quan sát thấy vật đang đi xuống, người trên khinh khí cầu cảm thấy vật đang đi lên. D. người đứng dưới đất quan sát thấy vật đang đi lên, người trên khinh khí cầu quan sát thấy vật đang đi xuống Câu 2 : Hai chất điểm chuyển động với vận tốc có độ lớn là υ1 và υ2 không đổi. Vận tốc tương đối giữa chúng có giá trị lớn nhất nếu góc hợp bởi 1 v và 2 v bằng A. 00 B. 450 C. 900 D. 1800 Câu 3 : Chiếc thuyền chạy trên sông với vận tốc so với nước khi yên lặng là 9km/h. Vận tốc dòng chảy là 2km/h a. Vận tốc của thuyền đối với bờ sông khi thuyền chạy xuôi dòng là A. 5,5km/h B. 7km/h C. 11km/h D. 9km/h b. Thời gian ngắn nhất để thuyền chạy ngược dòng được quãng đường 31,5km là A. 3,5h B. 4,5h C. 5,5h D. 15.75h Câu 4: Một chiếc phà đi ngang qua một con sông vectơ vận tốc của phà hướng vuông góc với vận tốc dòng chảy và có độ lớn bằng 8km/h. Nếu vận tốc của chiếc phà so với bờ là 10km/h thì vận tốc chảy của nước là A. 6km/h B. 8km/h C. 10km/h D. 128km/h.