Công thức tính gia tốc là một kiến thức quan trọng trong chương trình Vật lý lớp 10. Hiểu rõ công thức và cách áp dụng giúp học sinh giải quyết các bài tập liên quan đến chuyển động biến đổi đều một cách dễ dàng. Bài viết này sẽ cung cấp đầy đủ kiến thức về gia tốc, từ định nghĩa, công thức tính, mở rộng kiến thức và bài tập minh họa có lời giải chi tiết, giúp bạn nắm vững kiến thức này.
1. Gia Tốc Là Gì?
Gia tốc là đại lượng vật lý đặc trưng cho sự thay đổi vận tốc của một vật theo thời gian. Nó cho biết vận tốc của vật thay đổi nhanh hay chậm. Gia tốc là một đại lượng vectơ, có cả độ lớn và hướng.
Công thức định nghĩa gia tốc:
Trong đó:
a: Gia tốc (m/s²)Δv: Độ biến thiên vận tốc (m/s)Δt: Khoảng thời gian vận tốc biến thiên (s)
Đặc điểm của vectơ gia tốc:
-
Chuyển động thẳng nhanh dần đều: Vectơ gia tốc cùng chiều với vectơ vận tốc.
-
Chuyển động thẳng chậm dần đều: Vectơ gia tốc ngược chiều với vectơ vận tốc (gia tốc có giá trị âm).
2. Công Thức Tính Gia Tốc Chi Tiết
Công thức tính gia tốc cơ bản:
Trong đó:
a: Gia tốc (m/s²)v: Vận tốc cuối tại thời điểm t (m/s)v₀: Vận tốc đầu tại thời điểm t₀ (m/s)t: Thời điểm xét vận tốc cuối (s)t₀: Thời điểm xét vận tốc đầu (s)
Đơn vị của gia tốc: Trong hệ SI, đơn vị của gia tốc là mét trên giây bình phương (m/s²).
3. Các Công Thức Mở Rộng Về Gia Tốc
-
Trường hợp gốc thời gian t₀ = 0: Khi bắt đầu tính thời gian từ thời điểm ban đầu:
-
Công thức liên hệ giữa gia tốc, vận tốc và quãng đường: Công thức này hữu ích khi không biết thời gian.
Trong đó:
-
v: Vận tốc cuối -
v₀: Vận tốc đầu -
a: Gia tốc -
s: Quãng đường đi được -
Tính gia tốc qua quãng đường và thời gian:
Lưu ý quan trọng:
- Chuyển động nhanh dần đều: Gia tốc
avà vận tốc ban đầuv₀cùng dấu (cùng dương hoặc cùng âm). - Chuyển động chậm dần đều: Gia tốc
avà vận tốc ban đầuv₀trái dấu (một dương, một âm).
4. Bài Tập Vận Dụng Công Thức Gia Tốc (Có Lời Giải)
Bài 1: Một xe ô tô đang chạy với vận tốc 10 m/s thì tăng tốc. Sau 5 giây, vận tốc của xe đạt 15 m/s. Tính gia tốc của xe.
Lời giải:
Áp dụng công thức: a = (v - v₀) / t
v₀ = 10 m/sv = 15 m/st = 5 s
a = (15 - 10) / 5 = 1 m/s²
Vậy, gia tốc của xe là 1 m/s².
Bài 2: Một đoàn tàu đang chuyển động với vận tốc 72 km/h thì hãm phanh và dừng lại sau 20 giây. Tính gia tốc của tàu và quãng đường tàu đi được trong thời gian hãm phanh.
Lời giải:
- Đổi vận tốc:
72 km/h = 20 m/s v₀ = 20 m/sv = 0 m/s(dừng lại)t = 20 s
Gia tốc: a = (v - v₀) / t = (0 - 20) / 20 = -1 m/s²
Quãng đường: Sử dụng công thức s = v₀t + (1/2)at² = 20 * 20 + (1/2) * (-1) * 20² = 400 - 200 = 200 m
Vậy, gia tốc của tàu là -1 m/s² và quãng đường tàu đi được là 200 m.
Bài 3: Một ô tô đang chạy trên đường cao tốc với vận tốc không đổi 72km/h thì người lái xe thấy chướng ngại vật và bắt đầu hãm phanh cho ôtô chạy chậm dần đều .Sau khi chạy được 50m thì vận tốc ôtô còn là 36km/h. Hãy tính gia tốc của ôtô và khoảng thời gian để ôtô chạy thêm được 60m kể từ khi bắt đầu hãm phanh.
Lời giải:
Chọn chiều dương là chiều chuyển động của ô tô, gốc tọa độ tại vị trí hãm phanh, gốc thời gian là lúc hãm phanh.
Ta có
Mà
Áp dụng công thức:
Mặt khác ta có
5. Bài Tập Tự Luyện
- Một vật chuyển động thẳng nhanh dần đều từ trạng thái nghỉ với gia tốc 2 m/s². Tính quãng đường vật đi được sau 10 giây.
- Một xe máy đang chạy với vận tốc 36 km/h thì hãm phanh. Biết gia tốc của xe là -2 m/s². Tính thời gian xe dừng lại và quãng đường xe đi được từ lúc hãm phanh đến khi dừng lại.
- Một vật chuyển động thẳng biến đổi đều có vận tốc ban đầu 5 m/s và gia tốc 0.5 m/s². Tính vận tốc của vật sau khi đi được quãng đường 25 m.
- Một vật chuyển động chậm dần đều với vận tốc đầu 20 m/s và gia tốc -4 m/s². Hỏi sau bao lâu vật dừng lại?
- Một xe ô tô tăng tốc từ 10 m/s lên 20 m/s trong quãng đường 50 m. Tính gia tốc của xe.
Nắm vững lý thuyết và luyện tập thường xuyên sẽ giúp bạn tự tin giải quyết mọi bài tập liên quan đến công thức tính gia tốc trong chương trình Vật lý lớp 10. Chúc bạn học tốt!
