Chuyên đê Chuyển động đều-Chuyển động không đều

A. Tóm tắt lý thuyết

1. Định nghĩa

Chuyển động đều là chuyển động mà vận tốc không thay đổi theo thời gian.

VD: chuyển động của đầu kim đồng hồ, của trái đất xung quanh mặt trời,...

Chuyển động không đều là chuyển động mà vận tốc thay đổi theo thời gian.

VD: Chuyển động của ô tô, xe máy,...

2. Vận tốc trung bình của chuyển động không đều

Trung bình mỗi giây trục bánh xe lăn được bao nhiêu mét thì người ta nói vận tốc trung bình của trục bánh xe trên quãng đường đó là Vận tốc trung bình của một chuyển động không đều trên một quãng đường được tính bằng công thức:

\[{{v}_{tb}}=\frac{s}{t}\]

Trong đó:

s là quãng đường đi được

t là thời gian để đi hết quãng đường đó

Lưu ý :

- Chuyển động không đều là chuyển động thường gặp hằng ngày của các vật. Trong chuyển động không đều, vận tốc thay đổi theo thời gian. Chẳng hạn ô tô, xe máy chuyển động trên đường, vận tốc liên tục thay đổi thể hiện ở số chỉ tốc kế.

- Khi đề cập đến chuyển động không đều, người ta thường đưa ra khái niệm vận tốc trung bình :

- Vận tốc trung bình trên những đoạn đường khác nhau thường có giá trị khác nhau, vì vậy phải nêu rõ vận tốc trung bình trên đoạn đường cụ thể (hoặc trong thời gian cụ thể).

- Vận tốc trung bình không phải là trung bình cộng của các vận tốc.

Ví dụ: Nếu một vật chuyển động được hai đoạn đường liên tiếp \[{{s}_{1}}\] với vận tốc \[{{v}_{1}}\] trong khoảng thời gian \[{{t}_{1}}\] và \[{{s}_{2}}\] với vận tốc \[{{v}_{2}}\] trong khoảng thời gian \[{{t}_{2}}\].

Thì vận tốc trung bình trên cả quãng đường là \[{{v}_{tb}}=\frac{{{s}_{1}}+{{s}_{2}}}{{{t}_{1}}+{{t}_{2}}}\] chứ không phải \[{{v}_{tb}}=\frac{{{v}_{1}}+{{v}_{2}}}{2}\].

3. Bài tập minh họa

Bài 1 Chuyển động của ô tô chạy từ Hà Nội đến Hải Phòng là chuyển động đều hay không đều? Tại sao? Khi nói ô tô chạy từ Hà Nội đến Hải Phòng với vận tốc 50 km/h là nói tới vận tốc nào?

Hướng dẫn giải

Chuyển động của ô tô chạy từ Hà Nội đến Hải Phòng là chuyển động không đều

Vì trong quá trình chuyển động, xe có thể chạy nhanh hay chậm tùy từng thời điểm khác nhau.

Khi nói ô tô chạy từ Hà Nội đến Hải Phòng với vận tốc 50 km/h là nói tới vận tốc trung bình của xe.

Bài 2

Một người đi xe đạp xuống một đoạn đường dốc dài 120 m hết 30 s. Khi hết dốc, xe lăn tiếp một quãng đường nằm ngang dài 60 m trong 24 s rồi từng lại. Tính vận tốc trung bình của xe trên quãng dường dốc, trên quãng đường nằm ngang và trên cả hai quãng đường.

Hướng dẫn giải

Vận tốc trung bình của xe trên quãng đường dốc là: \[{{v}_{1}}=\frac{{{s}_{1}}}{{{t}_{1}}}=\frac{120}{30}=4m/s\]

Vận tốc trung bình của xe trên quãng đường ngang là: \[{{v}_{2}}=\frac{{{s}_{2}}}{{{t}_{2}}}=\frac{60}{24}=2.5m/s\]

Vận tốc trung bình của xe trên cả hai quãng đường là: \[v=\frac{{{s}_{1}}+{{s}_{2}}}{{{t}_{1}}+{{t}_{2}}}=\frac{120+60}{30+24}=3.33m/s\]

Bài 3: Một đoàn tàu chuyển động trong 5h với vận tốc trung bình là 30km/h. Tính quãng đường đoàn tàu đi được.

Hướng dẫn giải

Quãng đường đoàn tàu đi được trong 5h: Ta có: \[{{v}_{tb}}=\frac{S}{t}\Rightarrow S={{v}_{tb}}.t=30km/h.5h\]

\[\Rightarrow S=150(km)\]

B. Hướng dẫn giải bài tập trong sách giáo khoa

Giải bài tập 1 trang 12 SGK vật lý 8: Thả một bánh xe lăn trên máng nghiêng AD và máng ngang DF như hình (3.1 SGK): Quan sát chuyển động của trục bánh xe và ghi quãng đường trục bánh xe lăn được sau những khoảng thời gian 3 giây liên tiếp ta được kết quả ở báng sau đây:

Trên quãng đường nào chuyển động của trục bánh xe là chuyển động đều, chuyển động không đều?

Trả lời

- Vì vận tốc của trục bánh xe tăng dần trong quá trình chuyển động nên chuyến động của trục bánh xe trên mặt phẳng nghiêng AD là chuyển động không đều.

- Vì vận tốc của trục bánh xe trên mặt phăng ngang DF không thay đổi nên chuyển động của trục bánh xe trên mặt phăng ngang DF là chuyển động đều.

Giải bài tập 2 trang 12 SGK vật lý 8:

Trong các chuyển động sau đây, chuyển động nào là đều, không đều?

1. Chuyến động của đầu cánh quạt máy khi quạt đang ổn định.

2. Chuyển động của ô tô khi khởi hành.

3. Chuyển động của xe đạp khi xuống dốc.

4. Chuyền động của tàu hỏa khi vào ga.

Trả lời

Chuyển động của đầu cánh quạt máy khi quạt đang ổn định là chuyến động đều, của ô tô khi khởi hành, của xe đạp khi xuống dốc và của tàu hỏa khi vào ga là những chuyển động không đều.

Giải bài tập 3 trang 12 SGK vật lý 8: Hãy tính độ lớn của vận tốc trụng bình của trục bánh xe trên mỗi quãng đường từ A đến D. Trục bánh xe chuyển động nhanh lên hay chậm đi?

Trả lời

Vận tốc trung bình trên đoạn AB là: V1 = AB/t = 0,05/3 = 0,017 m/s

Vận tốc trung bình trên đoạn BC là: V2 = BC/t = 0,15/3 = 0,05 m/s

Vận tốc trung bình trên đoạn CD là: V3 = CD/t = 0,25/3 = 0,083 m/s

Như vậy, trục bánh xe chuyển động nhanh dần lên.

Giải bài tập 4 trang 12 SGK vật lý 8: Chuyển động của ô tô chạy từ Hà Nội đến Hải Phòng là chuyển động đều hay không đều? Tại sao? Khi nói ô tô chạy từ Hà Nội đến Hải Phòng với vận tốc 50 km/h là nói tới vận tốc nào?

Trả lời

Chuyển động của ô tô chạy từ Hà Nội đến Hải Phòng là chuyển động không đều vì trong quá trình chuyển động, xe có thể chạy nhanh hay chậm tùy từng thời điểm khác nhau. Khi nói ô tô chạy từ Hà Nội đến Hải Phòng với vận tốc 50 km/h là nói tới vận tốc trung bình của xe.

Giải bài tập 5 trang 13 SGK vật lý 8: Một người đi xe đạp xuống một đoạn đường dốc dài 120 m hết 30 s. Khi hết dốc, xe lăn tiếp một quãng đường nằm ngang dài 60 m trong 24 s rồi từng lại. Tính vận tốc trung bình của xe trên quãng dường dốc, trên quãng đường nằm ngang và trên cả hai quãng đường.

Trả lời

Vận tốc trung bình của xe trên quãng đường dốc là: v1 = S1/t1 = 120/30 = 4 m/s

Vận tốc trung bình của xe trên quãng đường ngang là: v2 = S2/t2 = 60/24 = 2,5 m/s

Vận tốc trung bình của xe trên cả hai quăng đường là: v = (S1 + S2)/( t1 + t2) = (120 + 60)/(30 + 24) = 3,33 m/s

Giải bài tập 6 trang 13 SGK vật lý 8: Một đoàn tàu chuyển động 5 giờ với vận tốc trung bình 3km/h. Tính quãng đường đoàn tàu đi được.

Trả lời

Quãng đường tàu đi được là: s = v.t = 30.5 = 150 km.

Giải bài tập 7 trang 13 SGK vật lý 8: Xác định vận tốc trung bình của một học sinh khi chạy cự li 60 mét trong tiết thế dục theo đơn vị m/s và km/h.

Trả lời

Sử dụng công thức v = S/t để tính vận tốc của hoc sinh đó. Sau đó đổi đơn vị đo từ m/s sang km/h.

C. Một số bài tập vận dụng
Bài 1. Hình 3.1 ghi lại các vị trí của hòn bi khi nó lăn từ A đến D trên các đoạn đượng AB, BC, CD sau những khoảng thời gian bằng nhau. Trong các câu của mỗi phần sau đây, câu nào mô tả đúng tính chất hoạt động của hòn bi ?

Phần 1:

A. Hòn bi chuyển động đều trên đoạn đường AB.

B. Hòn bi chuyển động đều trên đoạn đường CD.

C. Hòn bi chuyển động đều trên đoạn đường BC.

D. Hòn bi chuyển động đều trên cả quãng đường từ A đến D.

Phần 2

A. Hòn bi chuyển động nhanh dần trên đoạn đường AB.

B. Hòn bi chuyển động nhanh dần trên đoạn đường BC.

C. Hòn bi chuyển động nhanh dần trên đoạn đường CD.

D. Hòn bi chuyển động nhanh dần trên suốt đoạn đường AD

Giải

Phần 1C Phần 2A

Bài 2. Một người đi quãng đường s₁ so với vận tốc v₁ hết t₁ giây, đi quãng đường tiếp theo s₂ so với vận tốc v₂ hết t₂ giây. Dùng công thức nào để tính vận tốc trung bình của người này trên cả hai quãng đường s₁và s₂ ?

Bài 3. Một người đi bộ đều trên quãng đường dài 3km với vận tốc 2m/s. Quãng đường tiếp theo dài 1,95km, người đó đi hết 0,5h. Tính vận tốc trung bình của người đó trên cả hai quãng đường.

Giải

Thời gian người đi bộ đi hết quãng đường thứ nhất là: v₁ = s₁/t₁ = 3000/2 = 1500 m/s Thời gian người đi bộ đi hết quàng đường thứ hai là: t₂ = 0,5 x 3600 = 1800s ( s₂ = 1,95 km = 1950 m )

Vận tốc trung bình của người đi bộ trên cả hai đoạn đường là: v_tb = (S₁ + S₂)/( t₁ + t₂) = (3000 + 1950)/(1500 + 1800) = 1,5 m/s

Bài 4. Kỉ lục thế giới về chạy 100m do lực sĩ Tim – người Mĩ - đạt được là 9,86 giây

a) Chuyển động của vận động viên này trong cuộc đua đều hay không đều ? Tại sao ?

b) Tính vận tốc trung bình của vận động viên này ra m/s, km/h.

Giải

a) Chuyển động của vận động viên là không đều.

b) Ta có: vtb = s/t = 100/9,86 = 10,14m/s = 36,51 (km/h).

3.5. Một vận động viên đua xe đạp vô địch thế giời đã thực hiện cuộc đua vượt đèo với kết quả như sau (H.3.2)

Quãng đường từ A đến B: 45km trong 2 giờ 15 phút.

Quãng đường từ B đến C: 30km trong 24 phút.

Quãng đường từ C đến D: 10km trong 1/4 giờ.

Hãy tính: