Muốn biết chuyển động của một vật nhanh hay chậm tại một thời điểm nào đó, ta cần đo được tốc độ tức thời của chúng. Trong thực tiễn, có những phương pháp đo tốc độ tức thời thông dụng nào và ưu, nhược điểm của chúng ra sao?
Muốn biết chuyển động của một vật nhanh hay chậm tại một thời điểm nào đó, ta cần đo được tốc độ tức thời của chúng. Trong thực tiễn, có những phương pháp đo tốc độ tức thời thông dụng nào và ưu, nhược điểm của chúng ra sao?
- Trong thực tiễn, có những phương pháp đo tốc độ tức thời thông dụng là:
+ Sử dụng đồng hồ đo thời gian hiện số
+ Sử dụng đồng hồ bấm giây
+ Sử dụng súng bắn tốc độ
- Ưu và nhược điểm
| Đồng hồ đo thời gian hiện số | Đồng hồ bấm giây | Súng bắn tốc độ |
Ưu điểm | Sai số dụng cụ ít, tính chính xác cao | Nhanh, đơn giản, dễ thực hiện | Đo trực tiếp tốc độ tức thời với độ chính xác cao |
Nhược điểm | Chỉ đo được tốc độ của các vật được thực hiện trong phòng thí nghiệm | Kém chính xác do phụ thuộc vào phản xạ của người bấm đồng hồ | Giá thành cao |
Quan sát Hình 6.3, tìm hiểu và trình bày phương pháp đo tốc độ trung bình và tốc độ tức thời dựa vào những thiết bị trên. Đánh giá ưu và nhược điểm của mỗi phương pháp đo.
Phương pháp đo của các thiết bị trên
- Đồng hồ bấm giây:
+ Dùng thước đo độ dài của quãng đường s. Xác định vạch xuất phát và vạch đích
+ Dùng đồng hồ bấm giây đo thời gian t từ khi vật bắt đầu chuyển động từ vạch xuất phát tời vạch đích.
+ Dùng công thức \(v = \frac{S}{t}\) để tính tốc độ trung bình và \(v = \frac{d}{t}\) để tính tốc độ tức thời
- Cổng quang điện
+ Lấy quãng đường trên thiết bị đo
+ Khởi động thiết bị và cho vật đi quan cổng quang điện
+ Đọc kết quả thời gian hiên trên thiết bị và sử dụng công thức để tính tốc độ trung bình và tốc độ tức thời
- Súng bắn tốc độ
+ Khởi động súng
+ Thực hiện, trên máy sẽ hiện lên tốc độ
Ưu và nhược điểm của các thiết bị
| Đồng hồ bấm giây | Cổng quang điện | Súng bắn tốc độ |
Ưu điểm | Nhanh, đơn giản, dễ thực hiện | Kết quả chính xác hơn do không phụ thuộc vào người thực hiện | Đo trực tiếp tốc độ tức thời với độ chính xác cao |
Nhược điểm | Kém chính xác do phụ thuộc vào phản xạ của người bấm đồng hồ | Lắp đặt phức tạp, chỉ đo được cho các vật có kích thước phù hợp để có thể đi qua được cổng quang điện | Giá thành cao. |
3. Quan sát Hình 6.3, tìm hiểu và trình bày phương pháp đo tốc độ trung bình và tốc độ tức thời dựa vào những thiết bị trên. Đánh giá ưu và nhược điểm của mỗi phương pháp đo.
Hãy thảo luận nhóm về các nội dung sau:
1. Dùng dụng cụ gì để đo quãng đường và thời gian chuyển động của vật?
2. Làm thế nào đo được quãng đường đi được của vật trong một khoảng thời gian và ngược lại?
3. Thiết kế các phương án đo tốc độ và so sánh ưu, nhược điểm của các phương án đó.
1.
- Để đo quãng đường: dùng các loại thước: thước thẳng, thước dây, thước cuộn, …
- Để đo thời gian: dùng đồng hồ bấm giờ, đồng hồ đo thời gian hiện số,..
2.
- Để đo được quãng đường đi được của vật chuyển động trong một khoảng thời gian, ta cho xe chuyển động trên một máng thẳng có sẵn vạch chia, sau đó đo khoảng cách từ vị trí vật xuất phát cho đến vị trí vật dừng lại.
- Để đo thời gian di chuyển của vật trên một quãng đường, ta sử dụng đồng hồ bấm giây để đo từ thời điểm vật xuất phát đến thời điểm vật dừng lại.
3.
a) Hai phương án để đo tốc độ:
Phương án 1: Dùng đồng hồ bấm giây.
- Dùng thước đo độ dài của quãng đường s. Xác định vạch xuất phát và vạch đích.
- Dùng đồng hồ bấm giây đo thời gian t từ khi vật bắt đầu chuyển động từ vạch xuất phát tới khi vượt qua vạch đích.
- Dùng công thức \(v=\dfrac{s}{t}\) để tính tốc độ.
Phương án 2: Dùng cổng quang điện và đồng hồ đo thời gian hiện số.
- Đo khoảng cách giữa 2 cổng quang điện (đọc trên thước đo gắn với giá đỡ). Khoảng cách này chính là quãng đường s mà vật chuyển động.
- Bấm công tắc để vật bắt đầu chuyển động.
- Khi vật đi qua cổng quang điện thứ 1 thì đồng hồ bắt đầu đo.
- Khi vật đi qua cổng quang điện thứ 2 thì đồng hồ ngừng đo.
- Đọc số chỉ thời gian hiển thị trên đồng hồ đo thời gian hiện số chính là thời gian của vật chuyển động trên quãng đường.
- Dùng công thức \(v=\dfrac{s}{t}\) để tính tốc độ.
b) So sánh ưu, nhược điểm của hai phương án:
| Ưu điểm | Nhược điểm |
Phương án 1 | Dễ thiết kế, dễ thực hiện. | Sai số lớn do liên quan đến các yếu tố khách quan như thao tác bấm đồng hồ chưa khớp với thời điểm xuất phát hoặc kết thúc, sai số do dụng cụ... |
Phương án 2 | Kết quả đo chính xác, sai số nhỏ. | Chi phí đắt, thiết bị cồng kềnh. |
Viết công thức tính vận tốc tức thời của một vật chuyển động tại một điểm trên quỹ đạo. Cho biết yêu cầu về độ lớn của các đại lượng trong công thức đó.
Tham khảo
Công thức tính vận tốc tức thời:
Với Δs: Độ dời vật thực hiện được trong thời gian rất ngắn Δt
Viết công thức tính vận tốc tức thời của một vật chuyển động tại một điểm trên quỹ đạo. Cho biết yêu cầu về độ lớn của các đại lượng trong công thức đó .
Công thức tính vận tốc tức thời:
Với Δs: Độ dời vật thực hiện được trong thời gian rất ngắn Δt
Xét một chuyển động có phương trình \(s = 4\cos 2\pi t.\)
a) Tìm vận tốc tức thời của chuyển động tại thời điểm t.
b) Tính gia tốc tức thời tại thời điểm t.
a) Ta có \(v = s' = - 4.2\pi \sin 2\pi t = - 8\pi \sin 2\pi t\)
Vậy vận tốc tức thời của chuyển động tại thời điểm t là \( - 8\pi \sin 2\pi t\)
b) \(a\left( t \right) = v'\left( t \right) = {\left( { - 8\pi \sin 2\pi t} \right)^,} = - 8\pi .2\pi \cos 2\pi t = - 16{\pi ^2}\cos 2\pi t\)
Ở thời điểm t0 = 0 một vật có khối lượng 1500g bắt đầu chuyển động không ma sát dưới tác dụng của lực có độ lớn F cùng phương chiều với chiều chuyển động của vật. Sau thời gian 5s, vận tốc đạt 4m/s. Công suất tức thời của lực F ở thời điểm t = 4 giây bằng
A. 3,20 W
B. 6,40 W
C. 3,84W
D. 4,80 W
Một vật chuyển động rơi tự do theo phương trình s = 1 2 g t 2 , trong đó g = 9 , 8 m / s 2 là gia tốc trọng trường. Khi đó vận tốc tức thời của chuyển động tại thời điểm t = 5s là:
A. 9,8 m/s
B. 4,9 m/s
C. 49 m/s
D. 29,4 m/s