Công thức cộng vận tốc là gì? Cách áp dụng bài tập hợp lý

Công thức cộng vận tốc là một trong những công thức quan trọng trong chương trình sách giáo khoa Vật lý lớp 10. Công thức này được áp dụng thường xuyên trong quá trình di chuyển, lắp ráp thiết bị máy móc, … Hôm nay Thư Viện Ihoc sẽ hỗ trợ các em tìm hiểu kỹ hơn và áp dụng công thức này vào bài tập một cách dễ hiểu. 

Công thức cộng vận tốc là gì?

Công thức cộng vận tốc là: →v1,3 = →v1,2 + →v2,3

Trong đó:

• Số 1 tương ứng với vật đang chuyển động, số 2 tương ứng với hệ quy chiếu đang di chuyển, và số 3 tương ứng với hệ quy chiếu đứng yên.
• →v1,2 là vận tốc tương đối
• →v2,3 là vận tốc kéo theo
• →v1,3 là vận tốc tuyệt đối

Hệ quy chiếu công thức cộng vận tốc là gì?

Hệ quy chiếu đứng yên và hệ quy chiếu chuyển động của công thức cộng vận tốc là:

• Hệ quy chiếu liên kết với vật không di chuyển được gọi là hệ quy chiếu đứng yên.
• Hệ quy chiếu liên kết với vật đang di chuyển được gọi là hệ quy chiếu chuyển động.

Những trường hợp sử dụng công thức cộng vận tốc là gì?

Ngoài việc tìm hiểu công thức cộng vận tốc là gì, các em còn phải hiểu rõ và thực hành hiệu quả từng trường hợp cho công thức xác định vận tốc sau:

• Công thức tính vận tốc tuyệt đối: v13 = √(v12)^2 + (v23)^2 + v23.v12.cosɑ

Trong đó: ɑ là góc hợp bởi 2 vecto v23 và v12

⇒ Trường hợp: Vận tốc cùng phương và chiều

Công thức tính độ lớn: →v1,3 = →v1,2 + →v2,3

Xét về hướng: →v13 cùng hướng với →v12 và →v23

⇒ Trường hợp: Vận tốc tương đối cùng phương và ngược với vận tốc kéo theo

Công thức tính độ lớn: v13 = |v12 –  v23|

Xét về hướng:

• →v13 cùng hướng với →v12 khi v12 > v23

• →v13 cùng hướng với →v23 khi v12 < v23

⇒ Trường hợp: Một vật cùng lúc thực hiện hai chuyển động với hai vận tốc khác nhau

Khi một vật thực hiện đồng thời hai chuyển động theo hai phương với hai vận tốc khác nhau, vận tốc tổng hợp của vật sẽ bằng tổng của hai vận tốc này.

Ví dụ: Một vận động viên bơi về hướng Bắc với vận tốc 1,7 m/s, trong khi dòng sông chảy về hướng Đông với vận tốc 1 m/s. Hãy tính độ lớn và hướng của vận tốc tổng hợp của vận động viên.

Dựa vào hình vẽ, ta biết rằng vận tốc tổng hợp được xác định bằng công thức:

• v = √1,7^2+1^2 = 1,97 ~ 2 (m/s)

Giải thích tính tương đối của công thức cộng vận tốc là gì?

Tính tương đối của quỹ đạo trong công thức cộng vận tốc là gì: Hình dạng quỹ đạo của chuyển động thay đổi tùy thuộc vào hệ quy chiếu khác nhau. Vì vậy, có thể kết luận rằng quỹ đạo mang tính tương đối.

Ví dụ: Khi trời không có gió, từ góc nhìn của người đứng bên đường, họ sẽ thấy giọt mưa rơi theo một đường thẳng từ trên xuống. Tuy nhiên, người ngồi trong ô tô đang di chuyển sẽ quan sát giọt mưa rơi theo một đường xiên.

Tính tương đối của vận tốc: Vận tốc của một vật khi quan sát từ các hệ quy chiếu khác nhau sẽ khác nhau. Vì vậy, ta có thể kết luận rằng vận tốc mang tính tương đối.

Ví dụ: Xét tình huống trong một toa tàu, khi hành khách ngồi yên và toa tàu di chuyển với vận tốc 45 km/h, đối với toa tàu, vận tốc của hành khách là 0. Tuy nhiên, đối với người đứng bên đường, hành khách trên tàu đang di chuyển với vận tốc bằng với vận tốc của toa tàu, tức là 45 km/h.

Bài tập ứng dụng công thức cộng vận tốc là gì?

Để hỗ trợ các em ghi nhớ cách xác định vận tốc tổng hợp và tiếp thu bài hiệu quả hơn, Thư viện Ihoc.vn sẽ cung cấp một số bài tập về công thức cộng vận tốc là gì cụ thể, kèm theo đáp án để các em có thể đối chiếu và kiểm tra sau khi hoàn thành.

Câu 1: Nếu một ví dụ về tính tương đối của công thức cộng vận tốc là gì.

Hướng dẫn giải:

Ví dụ về tính tương đối của vận tốc: Một người ngồi trên xe ô tô đang di chuyển với vận tốc 50km/h.

• Đối với một người đứng yên trên vỉa hè, vận tốc của người ngồi trong ô tô bằng với vận tốc của ô tô là 50km/h.
• Đối với người ngồi trong xe, vận tốc của bản thân bằng 0.

Câu 2: Một chiếc thuyền đang chạy ngược dòng. Sau 1h, chiếc thuyền đi được 10km. Một khúc gỗ trôi trên nước với vận tốc 100/3m trong 1 phút. Hỏi vận tốc của chiếc thuyền so với mặt nước là bao nhiêu?

Hướng dẫn giải:

Ta có: t1 = 1h = 3600s, S1 = 10km = 10000m, t2 = 60s.

Giả thuyết thuyền là 1, nước là 2 và bờ là 3.

• Vận tốc của thuyền so với bờ: v13 = S1/t1 = 10000/3600 = 25/9 (m/s).
• Vận tốc của nước so với bờ: v23 = (100/3)/60 = 5/9 (m/s).

Theo công thức cộng vận tốc là gì: v12 = v13 – v23.

Do thuyền chạy ngược dòng, ta có: v13 = -25/9 (m/s) và v23 = 5/9 (m/s).

Vậy, v12 = -25/9 – 5/9 = -30/9 (m/s) = -12 km/h.

Kết luận: Vận tốc của thuyền so với nước là 12 km/h, ngược chiều dòng chảy.

Câu 3: Một ca nô đi trên mặt nước yên lặng với vận tốc 16 m/s, dòng nước chảy với vận tốc 2 m/s. Góc giữa hai vận tốc là α (0 < α < 180°). Tìm vận tốc ca nô so với bờ.

Hướng dẫn giải:

• Vận tốc cực đại khi α = 0: v(max) = 16 + 2 = 18 m/s.
• Vận tốc cực tiểu khi α = 180°: v(min) = 16 – 2 = 14 m/s.

Vậy, vận tốc của ca nô so với bờ nằm trong khoảng từ 14 m/s đến 18 m/s.

Câu 4: Một thuyền đi ngược dòng nước với vận tốc 7 km/h, dòng nước chảy với vận tốc 1,5 km/h. Tính vận tốc chiếc thuyền so với bờ.

Hướng dẫn giải công thức cộng vận tốc là:

• Vận tốc của chiếc thuyền so với nước: v(1) = -7 km/h (ngược chiều dòng nước).
• Vận tốc của nước so với bờ: v(2) = 1,5 km/h.

Vận tốc của thuyền so với bờ: v(3) = -7 + 1,5 = -5,5 km/h. Thuyền chuyển động ngược chiều so với dòng nước.

Câu 5: Ô tô A chạy đều với vận tốc 40 km/h, ô tô B đuổi theo với vận tốc 60 km/h. Tính vận tốc của B so với A và A so với B.

Hướng dẫn giải:

• Vận tốc của B đối với A: vAB = vAD – vBD = 40 – 60 = -20 km/h.
• Vận tốc của A đối với B cũng là 20 km/h nhưng ngược chiều.

Câu 6: Một thuyền xuôi dòng từ A đến B. Vận tốc dòng nước là 5 km/h. Tính vận tốc của thuyền so với nước và chiều dài đoạn AB, biết thuyền xuôi dòng mất 2 giờ và ngược dòng mất 3 giờ.

Hướng dẫn giải:

• Khi xuôi dòng: →v13 = →v12 + →v23.
• Khi ngược dòng: →v13 = →v12 – →v23.

Giải hệ phương trình, ta tính được đoạn đường AB là 60 km.

Câu 7: Trên một tuyến đường, các xe buýt cách nhau 5 km, một người đi xe đạp gặp xe buýt thứ nhất tại thời điểm t = 0. Sau 1 giờ, nếu đi ngược chiều gặp xe buýt thứ 12, nếu đi cùng chiều gặp xe buýt thứ 6. Hỏi người này còn gặp bao nhiêu xe buýt nữa nếu đứng yên?

Hướng dẫn giải công thức cộng vận tốc là:

• Vận tốc của xe đạp ngược chiều xe buýt: v12 = 55 km/h.
• Vận tốc cùng chiều: v12 = 25 km/h.

Vận tốc của xe buýt so với đường: v23 = 40 km/h.

Nếu người đứng yên, số xe buýt đi qua trong 1 giờ là 8 chiếc.

Bài viết trên đã chia sẻ những kiến thức liên quan đến công thức cộng vận tốc là gì và cách sử dụng công thức này trong việc giải các bài tập trong chương trình Vật Lý lớp 10. Hy vọng rằng với những thông tin mà Ihocvn cung cấp, các em có thể cải thiện kỹ năng học tập và mở rộng kiến thức Vật Lý thông qua việc tự nghiên cứu.