Gia tốc là kiến thức trọng tâm ở lớp 10, thường xuất hiện trong đề kiểm tra học kỳ. Gia tốc được ứng dụng rộng rãi trong vật lý và đời sống. Vậy gia tốc là gì? Công thức tính gia tốc là gì? Làm thế nào để nộp? Hãy cùng bài học độc quyền tìm hiểu qua bài viết sau nhé.
Khái niệm gia tốc là gì?
Gia tốc là đại lượng vật lý đặc trưng cho sự biến đổi của vận tốc theo thời gian. Nó là một trong những đại lượng cơ bản dùng để mô tả chuyển động. Giống như vận tốc, gia tốc là một vectơ. Thứ nguyên của gia tốc là độ dài trên mỗi bình phương thời gian. Trong Hệ đơn vị quốc tế si, đơn vị của gia tốc là m/s² (mét trên giây bình phương, tức là m/s trên giây).
Khi vectơ gia tốc cùng hướng với chiều chuyển động thì chuyển động nhanh dần; khi vectơ gia tốc ngược chiều chuyển động thì chuyển động chậm dần; khi vectơ gia tốc khác chiều chuyển động thì chuyển động chậm dần bị thay đổi.
Công thức tính gia tốc và gia tốc rơi tự do
Công thức gia tốc chung
Gia tốc là tốc độ thay đổi vận tốc của một vật khi nó đang chuyển động. Trong khi duy trì vận tốc không đổi, tức là vật không tăng tốc. Gia tốc chỉ xảy ra khi vận tốc thay đổi. Khi vận tốc thay đổi một độ nào đó thì vật chuyển động với gia tốc không đổi. Bạn có thể tính gia tốc theo đơn vị mét trên giây trên giây dựa trên thời gian cần thiết để thay đổi từ vận tốc này sang vận tốc khác hoặc dựa trên khối lượng của vật thể.
Công thức gia tốc rơi tự do
Trước khi tìm hiểu công thức tính gia tốc rơi tự do, các em cần lưu ý các kiến thức liên quan đến sự rơi tự do.
Vật rơi trên không:
– Trong không khí, không phải lúc nào vật nặng cũng rơi nhanh hơn vật nhẹ.
– Lực cản của không khí là nguyên nhân làm cho vật rơi nhanh chậm khác nhau.
Một vật rơi trong chân không (rơi tự do):
– Nếu loại bỏ tác dụng của không khí thì mọi vật sẽ rơi với vận tốc như nhau. Sự rơi của vật trong trường hợp này gọi là sự rơi tự do.
– Sự rơi tự do là sự rơi chỉ chịu tác dụng của trọng lực.
Gia tốc rơi tự do
– Tại một nơi nào đó trên Trái đất, gần mặt đất, mọi vật rơi tự do với cùng một gia tốc
g.
– Gia tốc của một vật rơi tự do ở những nơi khác nhau trên trái đất là khác nhau.
– Nếu không cần độ chính xác cao, ta có thể lấy g = 9,8 m/s2 hoặc g ≈ 10 m/s2
Đặc điểm của sự rơi tự do
– Rơi tự do:
+ là dọc.
+ từ trên xuống dưới.
+ là chuyển động thẳng đều.
– Khi một vật được thả rơi tự do không vận tốc ban đầu thì:
Xem video dưới đây để tìm hiểu thêm về khả năng tăng tốc!
Phân loại gia tốc
Tăng tốc tức thì
Gia tốc tức thời của một vật biểu thị sự thay đổi vận tốc của nó trong một khoảng thời gian vô cùng nhỏ (tức thời).
Công thức:
Có:
v là vận tốc tính bằng m/s
t là đơn vị thời gian s
Gia tốc trung bình
Gia tốc trung bình của một vật biểu thị sự thay đổi vận tốc của vật đó trong một khoảng thời gian nhất định. Gia tốc trung bình là sự thay đổi về tốc độ chia cho sự thay đổi về thời gian, được tính như sau:
Ở đâu:
a là gia tốc
v là vận tốc tính bằng m/s
t là đơn vị thời gian s.
Tính gia tốc trung bình từ hai vận tốc
Xác định phương trình gia tốc trung bình
Bạn có thể tính gia tốc trung bình của một đối tượng trong khoảng thời gian đó dựa trên vận tốc của đối tượng (tốc độ mà đối tượng di chuyển theo một hướng cụ thể) trước và sau khoảng thời gian đó. Để làm điều này, bạn cần biết phương trình gia tốc: a = Δv / Δt, trong đó a là gia tốc, Δv là độ thay đổi vận tốc và Δt là thời gian cần thiết để đạt được sự thay đổi đó.
Gia tốc được đo bằng mét trên giây hoặc m/s2.
Gia tốc là một vectơ, nghĩa là nó có cả độ lớn và hướng. Độ lớn của gia tốc là tổng lượng gia tốc và hướng là đường chuyển động của vật. Khi một vật chậm lại, chúng ta có gia tốc âm.
Hiểu các biến
Bạn có thể xác định Δv và Δt cẩn thận hơn: Δv = vf – vi và Δt = tf – ti, trong đó vf là vận tốc cuối cùng, vi là vận tốc ban đầu, tf là thời gian kết thúc và ti là thời gian bắt đầu.
Vì gia tốc là một đại lượng có hướng nên điều quan trọng là phải luôn lấy vận tốc cuối trừ đi vận tốc ban đầu. Nếu bạn làm ngược lại, hướng của gia tốc sẽ không chính xác.
Thời gian bắt đầu thường là 0 giây trừ khi sự cố khác.
Sử dụng công thức gia tốc
Đầu tiên, hãy viết ra phương trình của bạn và tất cả các biến số đã biết. Phương trình là a = Δv / Δt = (vf – vi)/(tf – ti). Lấy hiệu giữa vận tốc cuối và vận tốc ban đầu rồi chia kết quả cho khoảng thời gian. Kết quả cuối cùng là gia tốc trung bình trong khoảng thời gian này.
Nếu vận tốc cuối nhỏ hơn vận tốc ban đầu thì gia tốc sẽ âm hoặc vật đang giảm tốc.
Ví dụ 1: Một ô tô tăng tốc êm dịu từ 18,5 m/s lên 46,1 m/s trong 2,37 giây. gia tốc trung bình của nó là gì?
Viết phương trình: a = Δv / Δt = (vf – vi)/(tf – ti)
Xác định các biến: vf = 46,1 m/s, vi = 18,5 m/s, tf = 2,47 s, ti = 0 s.
Giải: a = (46,1 – 18,5)/2,47 = 11,17 m/s2.
Ví dụ 2: Một người đi xe máy với vận tốc 22,4 m/s thì hãm phanh và dừng lại sau 2,55 giây. Tìm gia tốc của người đó.
Viết phương trình: a = Δv / Δt = (vf – vi)/(tf – ti)
Xác định các biến: vf = 0 m/s, vi = 22,4 m/s, tf = 2,55 s, ti = 0 s.
Giải: a = (0 – 22,4)/2,55 = -8,78 m/s2.
Xem thêm: Tổng hợp bảng dẫn xuất cơ bản và đầy đủ nhất
Xem thêm: Tổng hợp Lý thuyết tam giác vuông lớp 9 có bài tập ứng dụng
Tăng tốc bình thường
Gia tốc pháp tuyến đặc trưng cho sự thay đổi hướng của vận tốc. Đặc tính gia tốc bình thường sẽ là:
Phương vuông góc với tiếp tuyến quỹ đạo của vật
Hướng luôn hướng về phía lõm của ray
Công thức gia tốc thông thường:
Ở đâu:
v là tốc độ tức thời (m/s)
r là độ dài bán kính cong (m)
Chú ý: Trong trường hợp chuyển động tròn đều thì cả v và r đều không đổi. Vậy gia tốc pháp tuyến trong trường hợp này là hướng tâm và không đổi.
Gia tốc tiếp tuyến
Gia tốc tiếp tuyến là một mô tả về sự thay đổi độ lớn của vectơ vận tốc. Gia tốc tiếp tuyến có các lưu ý sau:
Hướng tiếp tuyến
Cùng chiều khi tăng tốc, ngược chiều khi giảm tốc.
Hệ số gia tốc tiếp tuyến:
Mối quan hệ giữa gia tốc tiếp tuyến và gia tốc pháp tuyến: gia tốc chuyển động cong gồm 2 phần:
Gia tốc pháp tuyến – đặc trưng cho sự thay đổi hướng của vận tốc theo thời gian
Gia tốc tuyến tính – đặc trưng cho sự thay đổi hướng của vận tốc theo thời gian
Gia tốc toàn phần
Gia tốc toàn phần được hiểu đơn giản là tổng của gia tốc tiếp tuyến và gia tốc pháp tuyến của vectơ.
Gia tốc trọng trường
Trọng lực là lượng gia tốc do lực hấp dẫn tác dụng lên một vật. Bỏ qua ma sát do sức cản của không khí, theo nguyên lý tương đương, mọi vật trong trường hấp dẫn đều chịu một gia tốc giống hệt nhau đối với khối tâm của vật.
Gia tốc trọng trường là như nhau đối với mọi vật chất và khối lượng. Gia tốc trọng trường thường do lực hấp dẫn trên bề mặt Trái Đất gây ra và thường khác nhau ở những điểm và khoảng khác nhau: 9,78 – 9,83. Nhưng trong thực tế thường lấy 10 m/s2.
Thực hành tăng tốc
Bài toán 1: Một ô tô đang chuyển động với vận tốc v. Khẳng định nào sau đây là đúng?
- Ô tô phải chuyển động thẳng đều với vận tốc v.
- Quãng đường ô tô đi được tỉ lệ thuận với thời gian đi.
- Tốc độ trung bình có thể khác nhau đối với các khoảng cách khác nhau dọc theo đường thẳng ab.
- Thời gian chạy tỉ lệ thuận với vận tốc v.
- luôn có giá trị (+).
- Vận tốc của một vật luôn là (+).
- Tọa độ và vận tốc của vật luôn có giá trị (+).
- Tọa độ luôn trùng với khoảng cách.
- 20 km/h.
- 30 km/giờ.
- 60 km/giờ.
- 40 km/giờ.
- 53 km/h.
- 65 km/giờ.
- 60 km/giờ.
- 50 km/h.
- 56 km/giờ.
- 50 km/h.
- 52 km/giờ.
- 54 km/h.
Câu trả lời đúng: Tốc độ trung bình có thể khác nhau đối với các khoảng cách khác nhau dọc theo đường thẳng ab.
Câu 2: Vật chuyển động với vận tốc v không đổi dọc theo chiều dương của trục bò. sau đó
Tọa độ của các đối tượng
Đáp án đúng: Vận tốc của một vật luôn là (+).
Câu 3: Ôtô đi được quãng đường 10 km từ a đến b rồi chuyển chiều ngay lập tức. Thời lượng của hành trình này là 20 phút. Tính vận tốc trung bình của ô tô trong khoảng thời gian trên:
Đáp án đúng: 60 km/h.
Câu 4: Đoạn đường này dài 40km, vận tốc trung bình là 80km/h. Trong 40 km tiếp theo, tốc độ trung bình là 40 km/h. Hỏi vận tốc trung bình của xe trên cả quãng đường 80km là bao nhiêu?
Đáp án chính xác: 53 km/h.
Giải pháp:
Thời gian ô tô đi hết quãng đường 80 km là: t = 0,5 + 1 = 1,5 h
Suy ra: tốc độ trung bình vtb = 80/15 ≈ 53 km/h.
Câu 5: Trong t giây ô tô đi được 48 km. Trong quý thứ nhất xe chạy với vận tốc trung bình v1 = 30 km/h. Tìm ra tốc độ trung bình trong thời gian còn lại:
Đáp án chính xác: d. 54 km/giờ.
Giải pháp:
Quãng đường ô tô đi được từ a đến b là: s = 48t.
Quãng đường đi được trong t/4: s1 = 30.t/4
Vận tốc trung bình trong thời gian còn lại là:
Bài viết trên đã cung cấp cho các bạn những kiến thức liên quan về công thức tính gia tốc. Hy vọng bài viết trên có thể giúp ích cho bạn. Gia tốc là kiến thức rất quan trọng, các em chú ý nội dung trên nhé!
