Vận tốc là gì? Các khái niệm và công thức tính vận tốc

Vận tốc là gì? Đây là một khái niệm vô cùng quen thuộc mà bạn có thể bắt gặp được trong đời sống và sách vở, trong nhiều môn học khác nhau. Vậy bạn đã nắm được hết các khái niệm và công thức tính vận tốc chưa? Hãy cùng Kiến thức máy móc tìm hiểu ngay trong bài viết dưới đây nhé!

Vận tốc là gì?

Vận tốc của vật được xác định là tốc độ thay đổi về vị trí trên một hệ quy chiếu xác định (Giữa hai hoặc nhiều vị trí khác nhau). Giá trị của vận tốc được coi là một hàm phụ thuộc vào thời gian. Đây là một trong những khái niệm cơ bản nhất của lĩnh vực động học, chuyên nghiên cứu về các loại chuyển động của vật thể.

Vận tốc là một khái niệm bao quát bao gồm những khái niệm nhỏ khác nhau như: vận tốc dài, vận tốc tuyến tính và vận tốc góc. Vận tốc thường được xác định tương đương với các đặc điểm kỹ thuật về mặt tốc độ và hướng di chuyển của vật trên hệ quy chiếu của đối tượng.

Ví dụ:   An đi bộ từ nhà tới trường với vận tốc 8 km/h.

           Ốc sên bò với vận tốc 5 cm/phút từ điểm A tới điểm B

Vận tốc được coi là một đại lượng vector vật lý vì để xác định được, chúng ta cần biết được cả hai yếu tố là độ lớn và hướng của nó. Giá trị tuyệt đối của độ lớn (không xét tới hướng của vector trên hệ quy chiếu) được gọi là tốc độ.

Đơn vị đo vận tốc

Đơn vị đo vật tốc được hệ đo lường quốc tế SI xác định là mét/giây (m/s) hoặc là các hệ số của đơn vị tiêu chuẩn như cm/s, mm/s, …

Bạn cần phân biệt rõ giữa hai khái niệm vector vận tốc và tốc độ.

Ví dụ:  3 mét trên giây (3 m/s) là tốc độ

3 mét trên giây từ A tới B (3 m/s từ A tới B) là một vectơ vận tốc

Công thức tính vận tốc

Đối với trường hợp xét vật đang chuyển động thẳng đều trên một hệ quy chiếu xác định với tốc độ và hướng chuyển động cố định. Vector vận tốc của vật đó sẽ có giá trị xác định và không thay đổi theo thời gian. Chính vì vậy ta hoàn toàn có thể tính vận tốc của vật trong trường hợp này.

Định nghĩa cơ bản và khái quát nhất của vận tốc chính là quãng đường mà vật đi được trong một đơn vị thời gian xác định. Từ đó ta có thể dễ dàng rút ra được công thức tính vận tốc cơ bản sẽ có dạng như sau:

Trong đó:

v là vận tốc (m/s)

S là tổng quãng đường vật di chuyển (m)

t là thời gian vật di chuyển (s)

Vận tốc trung bình là gì?

Vận tốc trung bình là khái niệm xuất hiện khi trong quá trình xét, vận tốc của vật thay đổi theo thời gian và ta muốn đi tìm một giá trị gần đúng với tất cả các vận tốc vật từng đạt trong quá trình di chuyển. Hiểu một cách tổng quát nhất thì Vận tốc trung bình trong khoảng thời gian xác định chính là tỉ số của sự thay đổi về mặt vận tốc của vật trong quá trình xét.

Công thức tính trung bình được trình bày như sau: 

Trong đó:

Vtb là vận tốc trung bình (m/s)

r là vị trí cuối của vật trên hệ quy chiếu so với điểm đầu (m)

ro là vị trí đầu của vật trên hệ quy chiếu (m)

t là thời điểm vật kết thúc di chuyển (s)

to là thời điểm vật bắt đầu di chuyển (s)

Vận tốc tức thời là gì?

Vận tốc tức thời là một đại lượng được sử dụng để mô tả sự nhanh chậm của vật tại một thời điểm xác định trên hệ quy chiếu di chuyển của vật. Vận tốc trung bình giúp ta xét được khả năng di chuyển của vật trong một khoảng thời gian. Trong khi đó, vận tốc tức thời cho ta xác định được vận tốc của vật tại một thời điểm xác định.

Công thức tính vận tốc tức thời

Để có thể tính được giá trị của đại lượng này, ta cần xét vận tốc trung bình trong khoảng thời gian vô cùng nhỏ. Chính vì vậy ta sẽ tận dụng khái niệm giới hạn trong giải tích để có thể tính toán được giá trị vận tốc tức thời. 

Từ phương trình trên ta có thể rút ra được kết luận. Khoảng thời gian tiến gần về 0 đồng nghĩa với vận tốc trung bình sẽ tiến dần tới vận tốc tức thời xét tại thời điểm to. Chính vì vậy vận tốc tức thời có thể được xác định bằng cách tính đạo hàm của vị trí theo thời gian. Công thức tính vận tốc tức thời được trình bày như sau:

Trong đó:

v là vectơ vận tốc tức thời

r là vectơ vị trí như một hàm số của thời gian

t là thời gian

Vận tốc góc

Trong nghiên cứu vật lý, vận tốc góc là một đại lượng vector thể hiện tốc độ thay đổi góc của vật theo thời gian quanh một trục xác định. Khác với các khái niệm vận tốc khác có ký hiệu là v. Ký hiệu của vận tốc góc dưới dạng vector được ký hiệu là .

Đơn vị được hệ đo lường quốc tế SI công nhận là rad/s

Công thức tính vận tốc góc

Vận tốc góc sẽ được tính bằng đạo hàm của góc quay trong thời gian xác định và được biểu diễn bằng công thức sau:

Trong trường hợp vận tốc góc không đổi ta có thể sử dụng công thức sau:

Bài viết trên đây của chúng tôi đã giới thiệu tới bạn các khái niệm vận tốc là gì và công thức tính các loại vận tốc. Nếu bạn muốn tìm hiểu thêm các kiến thức thú vị về vật lý, đừng quên truy cập vào website của chúng tôi mỗi ngày nhé!