Công thức cộng vận tốc, tính tương đối của chuyển động và bài tập - Vật lý 10 bài 6

Vậy khi thuyền đi xuôi hay ngược dòng nước thì công thức cộng vận tốc như thế nào? trường hợp tổng quát công thức cộng vật tốc giữa hai vật m và n được tính ra sao? Hệ quy chiếu đứng yên và Hệ quy chiếu chuyển động là gì? chúng ta cùng tìm hiểu qua bài viết dưới đây.

I. TÍNH TƯƠNG ĐỐI CỦA CHUYỂN ĐỘNG

1. Tính tương đối của quỹ đạo  

- Hình dạng quỹ đạo của chuyển động trong các hệ quy chiếu khác nhau thì khác nhau – quỹ  đạo có tính tương đối.

2. Tính tương đối của vận tốc 

- Vận tốc của vật chuyển động đối với các hệ quy chiếu khác nhau thì khác nhau. Vận tốc có tính tương đối.

II. CÔNG THỨC TÍNH VẬN TỐC

1. Hệ quy chiếu đứng yên và hệ quy chiếu chuyển động

- Một chiếc thuyền chạy trên dòng sông xét chuyển động của thuyền trong hai hệ quy chiếu:

 • Hệ quy chiếu xOy gắn với bờ coi như hệ quy chiếu đứng yên.

 • Hệ quy chiếu x'Oy' gắn với vật trôi theo dòng nước là hệ quy chiếu chuyển động.

2. Công thức cộng vận tốc

a) Trường hợp các vận tốc cùng phương cùng chiều

- Trong đó:

 : vận tốc của thuyền đối với bờ (vận tốc tuyệt đối)

 : vận tốc của thuyền đối với nước (vận tốc tương đối)

 : vận tốc nước đối với bờ (vận tốc kéo theo)

- Công thức cộng vận tốc: 

- Về độ lớn:

 Với số 1 ứng với vật chuyển động; số 2 ứng với hệ quy chiếu chuyển động; số 3 ứng với hệ quy chiếu đứng yên.

* Ví dụ: Thuyền chuyển động xuôi dòng nước: Nếu v_nb = 2km/h; v_tn = 28km/h thì v_tb = v_nb + v_tn = 30km/h.

b) Trường hợp vận tốc tương đối cùng phương, ngược chiều với vận tốc kéo theo  

- Công thức cộng vận tốc: 

- Về độ lớn: 

* Ví dụ (câu C3 trang 36 SGK Vật lý 10): Một con thuyền chạy ngược dòng nước đi được 20 km trong 1 giờ; nước chảy với vận tốc 2 km/h. Tính vận tốc của thuyền đối với nước.

° Hướng dẫn: Ta quy ước thuyền - 1; nước - 2; bờ - 3

- Vận tốc của thuyền so với bờ có độ lớn là: |v₁₃| = S/t = 20/1 = 20 km/h

- Vận tốc của nước so với bờ có độ lớn là: |v₂₃| = 2 km/h

- Ta có: v₁₂ = v₁₃ + v₃₂ hay v₁₂ = v₁₃ - v₂₃

- Chọn chiều dương là chiều chuyển động của thuyền đối với dòng nước.

 → v₁₃ hướng theo chiều dương và v₂₃ ngược chiều dương

 → v₁₃ = 20km/h, v₂₃ = -2km/h

 → v₁₂ = v₁₃ – v₂₃ = 20 - (-2) = 22 km/h > 0

 → vận tốc của thuyền đối với nước có độ lớn là 22 km/h và hướng theo chiều dương.

3. Công thức cộng vận tốc tổng quát

• Để tính được vận tốc của vật trong các hệ quy chiếu khác nhau, ta dựa vào công thức cộng vận tốc tổng quát sau:

- Trong đó:

° Số 1 gắn với vật cần tính vận tốc

° Số 2 gắn với hệ quy chiếu là các vật chuyển động

° Số 3 gắn với hệ quy chiếu là các vật đứng yên

° v₁₂ là vận tốc của vật so với hệ quy chiếu chuyển động gọi là vận tốc tương đối

° v₂₃ là vận tốc của hệ quy chiếu chuyển động so với hệ quy chiếu đứng yên gọ là vận tốc kéo theo

° v₁₃ là vận tốc của vật so với hệ quy chiếu chuyển động gọi là vận tốc tuyệt đối.

• Độ lớn của vận tốc tuyệt đối: 

- Trong đó: α là góc hợp bởi  và 

• Trường hợp đặc biệt:

  cùng chiều  thì: v₁₃ = v₁₂ + v₂₃

  ngược chiều  thì: v₁₃ = |v₁₂ - v₂₃|

  vuông góc  thì: 

III. Bài tập vận dụng công thức cộng vận tốc tính tương đối của chuyển động

* Bài 1 trang 37 SGK Vật Lý 10: Nêu một ví dụ về tính tương đối của quỹ đạo của chuyển động.

>> Lời giải Bài 1 trang 37 SGK Vật Lý 10

* Bài 2 trang 37 SGK Vật Lý 10: Nêu một ví dụ về tính tương đối của vận tốc của chuyển động.

>> Lời giải Bài 2 trang 37 SGK Vật Lý 10

* Bài 3 trang 37 SGK Vật Lý 10: Trình bày công thức cộng vận tốc trong trường hợp các chuyển động cùng phương, cùng chiều ( cùng phương và ngược chiều).

>> Lời giải Bài 3 trang 37 SGK Vật Lý 10

* Bài 4 trang 37 SGK Vật Lý 10: Chọn câu khẳng định đúng. Đứng ở Trái Đất, ta sẽ thấy:

A. Mặt Trời đứng yên, Trái Đất quay quanh Mặt Trời, Mặt Trăng quay quanh Trái Đất.

B. Mặt Trời và Trái Đất đứng yên, Mặt Trăng quay quanh Trái Đất.

C. Mặt Trời đứng yên, Trái Đất và Mặt Trăng quay quanh Mặt Trời

D. Trái Đất đứng yên, Mặt Trời và Mặt Trăng quay quanh Trái Đất.

>> Lời giải Bài 4 trang 37 SGK Vật Lý 10

* Bài 5 trang 37 SGK Vật Lý 10: Một chiếc thuyền buồm chạy ngược dòng sông, sau 1 giờ đi được 10km. Một khúc gỗ trôi theo dòng sông, sau 1 phút trôi được 100/3 m. Vận tốc của thuyền buồm so với nước bằng bao nhiêu?

A. 8 km/h

B. 10 km/h

C. 12 km/h

D. Một đáp án khác.

>> Lời giải Bài 5 trang 37 SGK Vật Lý 10

* Bài 6 trang 38 SGK Vật Lý 10: Một hành khách ngồi trong toa tàu H, nhìn qua cửa sổ thấy toa tàu N bên cạnh và gạch lát sân ga đều chuyển động như nhau. Hỏi toa tàu nào chạy?

A. Tàu H đứng yên, tàu N chạy.

B. Tàu H chạy, tàu N đứng yên.

C. Cả hai tàu đều chạy.

D. Các câu A, B, C đều không đúng.

>> Lời giải Bài 6 trang 38 SGK Vật Lý 10

* Bài 7 trang 38 SGK Vật Lý 10: Một ô tô A chạy đều trên một đường thẳng với vận tốc 40 km/h. Một ô tô B đuổi theo ô tô A với vận tốc 60 km/h. Xác định vận tốc của ô tô B đối với ô tô A và của ô tô A đối với ô tô B.

>> Lời giải Bài 7 trang 38 SGK Vật Lý 10