Hai bên lề đường có hai hàng dọc các vận động viên chuyển động theo…
Chào các em học sinh lớp 10 yêu quý! Hôm nay, thầy trò chúng ta sẽ cùng nhau giải quyết một bài toán vật lý rất thú vị liên quan đến chuyển động cơ học và hệ quy chiếu. Bài toán này đòi hỏi chúng ta phải áp dụng linh hoạt công thức vận tốc tương đối.
Để giải quyết bài toán này một cách dễ hiểu nhất, chúng ta hãy quy ước chọn chiều chuyển động của các vận động viên làm chiều dương.
Phần 1: Tính thời gian giữa hai lần vận động viên xe đạp vượt qua một vận động viên chạy
- Vận tốc của vận động viên chạy là 6 mét trên giây.
- Vận tốc của vận động viên đua xe đạp là 10 mét trên giây.
- Khoảng cách ban đầu giữa hai vận động viên đua xe đạp liên tiếp là 20 mét.
Đầu tiên, chúng ta tính vận tốc của vận động viên xe đạp đối với vận động viên chạy. Ta lấy vận tốc của xe đạp trừ đi vận tốc của người chạy, kết quả là 10 trừ đi 6, bằng 4 mét trên giây. Đây chính là tốc độ mà xe đạp thu hẹp khoảng cách với người chạy.
Mỗi lần một vận động viên xe đạp vượt qua một vận động viên chạy, xe đạp phải vượt qua khoảng cách giữa hai xe đạp liên tiếp là 20 mét. Thời gian để một vận động viên xe đạp đuổi kịp và vượt qua khoảng cách đó chính là lấy khoảng cách chia cho vận tốc tương đối: 20 chia cho 4, bằng 5 giây.
Vậy, cứ sau mỗi khoảng thời gian 5 giây thì lại có một vận động viên đua xe đạp vượt qua một vận động viên chạy.
Phần 2: Tính thời gian vận động viên xe đạp bắt kịp vận động viên chạy tiếp theo
Bây giờ, chúng ta xét tình huống thứ hai: Một vận động viên xe đạp đang ở ngang hàng với một vận động viên chạy, và chúng ta cần tìm thời gian để vận động viên xe đạp đó đuổi kịp vận động viên chạy tiếp theo ở phía trước.
- Khoảng cách giữa hai vận động viên chạy liên tiếp ở hàng bên cạnh là 10 mét.
- Vận tốc tương đối giữa xe đạp và người chạy vẫn là 4 mét trên giây, như chúng ta đã tính ở phần trên.
Để đuổi kịp vận động viên chạy tiếp theo, vận động viên xe đạp cần vượt qua khoảng cách giữa hai người chạy liên tiếp, tức là 10 mét. Thời gian cần thiết để đi hết quãng đường tương đối này là lấy khoảng cách chia cho vận tốc tương đối: 10 chia cho 4, bằng 2,5 giây.
Vậy, sau thời gian 2,5 giây, vận động viên đua xe đạp đang ở ngang hàng một vận động viên chạy sẽ đuổi kịp vận động viên chạy tiếp theo.
Lời khuyên từ giáo viên: Đối với các dạng bài toán chuyển động có nhiều vật cùng chuyển động như thế này, các em luôn nhớ bước đầu tiên là phải chọn hệ quy chiếu hoặc tính vận tốc tương đối giữa các vật. Chúc các em học tập thật tốt và luôn giữ vững niềm đam mê môn Vật lý!
Vận tốc tương đối của xe đạp so với người chạy:
\(v_{21} = v_2 – v_1 = 10 – 6 = 4\text{m/s}\)
Thời gian hai xe đạp liên tiếp vượt qua một người chạy:
\(\Delta t_1 = \frac{d_2}{v_{21}} = \frac{20}{4} = 5\text{s}\)
Thời gian một xe đạp đuổi kịp người chạy tiếp theo:
\(\Delta t_2 = \frac{d_1}{v_{21}} = \frac{10}{4} = 2,5\text{s}\)
Vận tốc của xe đạp đối với người chạy là:
\( v_(21) = v_2 – v_1 = 10 – 6 = 4 \)(m/s)
Thời gian để hai xe đạp vượt qua người chạy đứng yên là:
\( t_1 = l_2/v_(12) = (20)/4 = 5 \)s
Vì vận động viên xe đạp đang ngang hàng với một vận động viên chạy nên để xe đạp đuổi kịp vận động viên chạy tiếp theo thì khoảng cách giữa hai người chạy liên tiếp là 10 m
Vậy thời gian để đuổi kịp là:
\( t_2 = l_1/v_(21) = (10)/4 = 2,5 \)s
Trợ Lý Xưởng In Thiên Nam
Add comment