Chuyển Động Biến Đổi. Gia Tốc
Khái niệm gia tốc, dấu của gia tốc, các phương trình CĐTBĐĐ, đồ thị $v$–$t$
Khi một vật bắt đầu rời trạng thái đứng yên, vận tốc của nó sẽ tăng dần — đó là chuyển động nhanh dần. Ngược lại, khi muốn dừng lại, vận tốc giảm dần — đó là chuyển động chậm dần.
Chuyển động thẳng biến đổi đều (CĐTBĐĐ) là chuyển động thẳng có vận tốc thay đổi đều (tăng hoặc giảm những lượng bằng nhau sau mỗi đơn vị thời gian).
Đây là dạng chuyển động đơn giản nhất và quan trọng nhất trong chương trình Vật Lí 10. Tất cả các bài toán trong bài này đều xoay quanh CĐTBĐĐ.
Để đo lường mức độ thay đổi nhanh hay chậm của vận tốc, ta dùng đại lượng gia tốc.
Trong đó:
- $v_0$: vận tốc ban đầu tại thời điểm $t_0$.
- $v$: vận tốc tại thời điểm $t$.
- $\Delta v = v - v_0$: độ biến thiên vận tốc (m/s).
- $\Delta t = t - t_0$: khoảng thời gian biến thiên (s).
▸ Gia tốc trung bình & gia tốc tức thời
▸ Gia tốc là đại lượng vectơ
Vì $\Delta \vec{v}$ là đại lượng vectơ nên gia tốc cũng là đại lượng vectơ:
Trong CĐTBĐĐ, vectơ gia tốc $\vec{a}$ có:
- Phương trùng với phương chuyển động.
- Độ lớn không đổi theo thời gian.
- Chiều tùy theo nhanh dần (cùng $\vec{v}$) hay chậm dần (ngược $\vec{v}$).
• Vận tốc giảm (chậm dần).
• Vận tốc đổi hướng.
$\Rightarrow$ Hễ vận tốc thay đổi theo thời gian thì có gia tốc.
Đây là nội dung trọng tâm của bài, rất hay xuất hiện trong các đề trắc nghiệm. Cần phân biệt rõ giữa "dấu của gia tốc" và "tính chất chuyển động".
| Điều kiện | Tính chất chuyển động |
|---|---|
| $\vec{a}$ cùng chiều $\vec{v}$ ($a \cdot v > 0$) | Nhanh dần đều — vận tốc tăng dần |
| $\vec{a}$ ngược chiều $\vec{v}$ ($a \cdot v < 0$) | Chậm dần đều — vận tốc giảm dần |
| $a = 0$ | Chuyển động thẳng đều — vận tốc không đổi |
$\Rightarrow$ KHÔNG ĐÚNG! Dấu của gia tốc phụ thuộc vào chiều dương đã chọn, KHÔNG trực tiếp quyết định tính chất chuyển động.
ĐÚNG: Phải xét tích $a \cdot v$:
• $a \cdot v > 0$ $\Rightarrow$ nhanh dần đều.
• $a \cdot v < 0$ $\Rightarrow$ chậm dần đều.
• Tích $a \cdot v = (-) \cdot (-) = (+) > 0$ $\Rightarrow$ nhanh dần đều!
• Mặc dù $a$ âm, vật vẫn chuyển động nhanh dần — vì gia tốc cùng chiều với vận tốc.
Bài học: Đừng nhìn dấu của $a$ một cách máy móc. Hãy nhìn chiều của $\vec{a}$ so với $\vec{v}$!
• Vật có gia tốc lớn KHÔNG có nghĩa là vận tốc lớn (gia tốc đo mức biến thiên, không đo giá trị vận tốc).
• Vật chậm dần đến khi $v = 0$, nếu vẫn còn gia tốc thì vật sẽ đổi chiều và nhanh dần theo chiều ngược lại.
▸ Bốn phương trình quan trọng
Chọn gốc thời gian $t_0 = 0$. Bốn công thức cơ bản của CĐTBĐĐ:
▸ Bảng chọn công thức nhanh
| Đề cho | Cần tìm | Công thức |
|---|---|---|
| $v_0, a, t$ | $v$ | $v = v_0 + at$ |
| $v_0, a, t$ | $s$ | $s = v_0 t + \frac{1}{2}at^2$ |
| $v_0, v, t$ | $a$ | $a = \dfrac{v - v_0}{t}$ |
| $v_0, v, s$ | $a$ | $v^2 - v_0^2 = 2as$ |
• Chậm dần đều: $a$ ngược dấu $v_0$ ($a \cdot v_0 < 0$).
• Trong CĐTBĐĐ, quãng đường đi được trong những khoảng thời gian bằng nhau KHÔNG bằng nhau (khác chuyển động đều).
▸ Đồ thị vận tốc – thời gian ($v$–$t$)
Trong CĐTBĐĐ, $v = v_0 + at$ là hàm bậc nhất → đồ thị $v$–$t$ là đoạn thẳng.
▸ Cách đọc đồ thị $v$–$t$
| Đoạn đồ thị | Tính chất chuyển động |
|---|---|
| Xiên lên, $v > 0$ | Nhanh dần đều theo chiều dương |
| Nằm ngang, $v > 0$ | Thẳng đều theo chiều dương |
| Xiên xuống, $v > 0$ → tiến về 0 | Chậm dần đều theo chiều dương |
| Xiên xuống, $v < 0$ (xa $0$) | Nhanh dần đều theo chiều âm |
| Đồ thị cắt trục $Ot$ | Vận tốc đổi dấu → vật đổi chiều |
▸ Tính gia tốc từ đồ thị $v$–$t$
Gia tốc chính là độ dốc (hệ số góc) của đường thẳng trên đồ thị $v$–$t$:
($\alpha$ là góc nghiêng của đoạn thẳng so với trục $Ot$)
Tính gia tốc từng giai đoạn:
• $a_1 = \dfrac{120 - 40}{40 - 0} = 2$ cm/s² $\Rightarrow$ nhanh dần đều.
• $a_2 = \dfrac{120 - 120}{80 - 40} = 0$ $\Rightarrow$ chuyển động đều.
• $a_3 = \dfrac{0 - 120}{160 - 80} = -1{,}5$ cm/s² $\Rightarrow$ chậm dần đều.
$|a_1| = 2 > |a_3| = 1{,}5$ $\Rightarrow$ giai đoạn đầu vận tốc biến thiên nhanh nhất.
• Hai đoạn song song → cùng gia tốc.
• Diện tích giữa đồ thị $v$–$t$ và trục $Ot$ = quãng đường đi được (hoặc độ dịch chuyển nếu xét dấu).
• Gia tốc: $a = \dfrac{\Delta v}{\Delta t}$ — đại lượng vectơ, đơn vị m/s².
• Dấu chuyển động: $a \cdot v > 0$ → nhanh dần; $a \cdot v < 0$ → chậm dần.
• 4 phương trình: $v = v_0 + at$; $s = v_0 t + \frac{1}{2}at^2$; $x = x_0 + v_0 t + \frac{1}{2}at^2$; $v^2 - v_0^2 = 2as$.
• Đồ thị $v$–$t$: đoạn thẳng — độ dốc = gia tốc, dốc lên = nhanh dần (theo chiều +), dốc xuống = chậm dần.
Để xem lý thuyết đầy đủ (kèm hình SGK chi tiết, phương pháp giải các dạng, các mẹo & sai lầm thường gặp, bài tập mở rộng), hãy tham khảo bài viết bên dưới:
📚 Xem thêm: Lý thuyết đầy đủ + PP giải các dạng + Mẹo & sai lầm thường gặp tại Edus.vnSau khi đã nắm vững lý thuyết, các em hãy chuyển sang tab Bài Tập để luyện 23 câu bám sát chương trình SGK Vật Lí 10!
Cùng luyện Bài 8 — Chuyển động biến đổi. Gia tốc!
23 câu: 17 trắc nghiệm · 2 đúng/sai · 4 tự luận
Tuyệt vời!
Thầy Phạm Trần Quốc Anh
(Người kiểm duyệt, ra đề)
Chức vụ: Trưởng ban biên soạn môn Vật Lý THPT
Trình độ: Cử nhân Sư phạm Vật lý, Chứng chỉ hạng II, Chứng chỉ STEM, Ngoại ngữ B1
Kinh nghiệm: 9+ năm kinh nghiệm tại Trường THPT Lê Quí Đôn