Giải Vật Lí lớp 10 Bài 5: Chuyển động tổng hợp
Mở đầu trang 32 Vật Lí 10: Bạn C đứng yên trên sân ga vẫy tay tiễn bạn A và bạn B trên tàu hỏa. Khi tàu chuyển động, bạn C thấy bạn B đang chuyển động ra xa trong khi bạn A lại thấy bạn B đứng yên trên tàu. (Hình 5.1). Tại sao?
Lời giải:
Do hai bạn C và A gắn với hai hệ quy chiếu khác nhau (chọn vật mốc khác nhau).
1. Độ dịch chuyển tổng hợp – vận tốc tổng hợp
Câu hỏi 1 trang 32 Vật Lí 10: Quan sát hình 5.2, mô tả chuyển động của:
a) Bé trai (Hình 5.2a) đối với mẹ trên thang cuộn và đối với bố cùng em gái đứng yên trên mặt đất.
b) Thuyền giấy (Hình 5.2b) đối với nước và đối với người quan sát đứng yên trên mặt đất.
Lời giải:
a) Đối với mẹ trên thang cuộn thì bé trai đứng yên so với mẹ.
Đối với bố cùng em gái đứng yên trên mặt đất thì bé trai chuyển động.
b) Đối với dòng nước thì thuyền giấy được coi là đứng yên.
Đối với người quan sát đứng yên trên mặt đất thì thuyền giấy chuyển động.
Câu hỏi 2 trang 33 Vật Lí 10: Em hãy đưa ra dự đoán để so sánh thời gian chuyển động của thuyền khi chạy xuôi dòng và khi chạy ngược dòng giữa hai vị trí cố định trên bờ sông (Hình 5.4).
Lời giải:
Thời gian chuyển động của thuyền khi chạy xuôi dòng ngắn hơn khi chạy ngược dòng giữa hai vị trí cố định trên bờ sông. Vì khi thuyền chạy xuôi dòng nước sẽ làm tốc độ của thuyền tăng lên chuyển động nhanh hơn khi thuyền chạy ngược dòng nước bị nước cản trở chuyển động.
Luyện tập trang 34 Vật Lí 10: Trên đường đi học, một bạn phát hiện để quên tài liệu học tập ở nhà. Vì vậy, bạn đó đã gọi điện thoại nhờ anh trai của mình mang đến giúp. Giả sử hai xe cùng chuyển động thẳng đều. Áp dụng công thức vận tốc tổng hợp, hãy giải thích trong trường hợp nào dưới đây bạn đó sẽ nhận được tài liệu nhanh hơn.
a) Anh trai chạy đuổi theo bạn đó với vận tốc v→13 trong khi bạn đó tiếp tục chạy cùng chiều với vận tốc v→23 (v13 > v23).
b) Anh trai chạy đến chỗ bạn đó với vận tốc v→13 trong khi bạn đó chạy ngược lại với vận tốc v→23.
Lời giải:
Gọi là vận tốc của người anh đối với mặt đất v→23 là vận tốc của người em đối với mặt đất v→12 là vận tốc của người anh đối với người em
Chọn chiều dương của trục tọa độ là chiều chuyển động của người anh a) Áp dụng công thức cộng vận tốc: v→13=v→12+v→23
Hai anh em chuyển động cùng chiều nên v13 > 0; v23 > 0 Vận tốc của người anh đối với người em là: v12 = v13 - v23 >0 Thời gian để 2 anh em gặp nhau: t1=dv12
b) Áp dụng công thức cộng vận tốc: v→13=v'→12+v→23 Hai anh em chuyển động ngược chiều nên v13 > 0; v23 < 0 Vận tốc của người anh đối với người em là: v'12=v13−v23 Thời gian để 2 anh em gặp nhau: t2=dv'12
Ta thấy t1 > t2 vì v'12 > v12 nên trong trường hợp b người em sẽ nhận được tài liệu nhanh hơn.
2. Vận dụng công thức tính tốc độ, vận tốc
Luyện tập trang 35 Vật Lí 10: Một đoàn tàu đang chuyển động đều với tốc độ 8 m/s và có một người soát vé đang ổn định khách trong toa tàu. Một học sinh đứng bên đường thấy người soát vé đi với vận tốc bằng bao nhiêu trong các trường hợp sau:
a) Người soát vé đi với tốc độ 1,5 m/s về phía đuôi tàu.
b) Người soát vé đi với tốc độ 1,5 m/s về phía đầu tàu.
c) Người soát vé đứng yên trên tàu.
Lời giải:
Quy ước:
(1) – tàu
(2) – người soát vé
(3) – học sinh đứng bên đường
Gọi v→13 là vận tốc tuyệt đối của tàu đối với bạn học sinh (bạn học sinh được gắn với hệ quy chiếu đúng yên là mặt đất).
v→12 là vận tốc tương đối của tàu đối với người soát vé (người soát vé được coi là hệ quy chiếu chuyển động).
v→23 là vận tốc kéo theo của người soát vé đối với bạn học sinh (hệ quy chiếu chuyển động đối với hệ quy chiếu đứng yên).
Công thức cộng vận tốc: v→13=v→12+v→23⇒v→23=v→13−v→12 Chọn chiều dương là chiều chuyển động của tàu.
a) Người soát vé đi với tốc độ 1,5 m/s về phía đuôi tàu. Khi đó người soát vé chuyển động ngược chiều dương đã chọn và có vận tốc so với bạn học sinh đứng bên đường là:
v23 = 8 - ( -1,5) = 9,5 m/s
b) Người soát vé đi với tốc độ 1,5 m/s về phía đầu tàu. Khi đó người soát vé chuyển động cùng chiều dương đã chọn và có vận tốc so với bạn học sinh đứng bên đường là:
v23 = 8 - 0 = 8 m/s
c) Người soát vé đứng yên trên tàu có vận tốc so với bạn học sinh đứng bên đường là:
Vận dụng trang 35 Vật Lí 10: Nêu một số tình huống thực tiễn thể hiện ứng dụng tính chất tương đối của chuyển động.
Lời giải:
Ví dụ 1: Người A đứng trên một tấm ván trượt chuyển động thẳng đều. Đồng thời người đó vừa chuyển động vừa tung hứng quả bóng.
Người A thấy quả bóng có quỹ đạo chuyển động thẳng theo phương thẳng đứng.
Người B đứng bên đường thấy quả bóng có quỹ đạo chuyển động hình parabol.
Ví dụ 2: người phụ nữ đạp xe đạp, họ thấy đầu van xe đạp chuyển động có quỹ đạo tròn so với trục bánh xe nhưng người đứng bên đường thấy quỹ đạo đầu van xe đạp chuyển động có dạng các parabol nối tiếp nhau (đường nét đứt).
Bài tập (trang 35)
Bài 1 trang 35 Vật Lí 10: Một chiếc máy bay đang bay từ Thành phố Hồ Chí Minh đến Thủ đô Hà Nội với tốc độ 525 km/h. Trong ngày hôm đó, gió thổi về hướng Nam với tốc độ 36 km/h. Xem như máy bay chuyển động thẳng đều theo hướng Bắc và quãng đường bay từ Thành phố Hồ Chí Minh đến Thủ đô Hà Nội là 1160 km.
Hãy xác định thời gian bay của máy bay trên quãng đường đó.
Lời giải:
Gọi vận tốc của máy bay và vận tốc của gió đối với mặt đất lần lượt là v13→ và v23→, vận tốc tương đối của máy bay đối với gió là v12→.
Công thức cộng vận tốc: v13→=v12→+v23→
Theo bài ra hướng gió và hướng chuyển động của máy bay ngược chiều nhau nên v12→↑↓v23→. Chọn chiều dương là chiều chuyển động của máy bay.
v13 = 525 - 36 = 489 km/h
Thời gian bay của máy bay: t=dv13=1160489=2,37 h
Bài 2 trang 35 Vật Lí 10: Trong trận lũ lụt tại miền Trung vào tháng 10/2020, dòng lũ có tốc độ lên đến khoảng 4 m/s. Bộ Quốc phòng đã trang bị ca nô công suất lớn trong công tác cứu hộ. Trong một lần cứu hộ, đội cứu hộ đã sử dụng ca nô chạy với tốc độ 8 m/s so với dòng nước để cứu những người gặp nạn đang mắc kẹt trên một mái nhà cách trạm cứu hộ khoảng 2 km.
a) Sau bao lâu đội cứu hộ đến được chỗ người bị nạn? Biết đội cứu hộ phải đi xuôi dòng lũ.
b) Sau khi cứu người, đội cứu hộ phải mất bao lâu để quay lại trạm ban đầu?
Lời giải:
Gọi v13→ là vận tốc tuyệt đối của ca nô so với bờ v12→ là vận tốc tương đối của ca nô so với dòng nước v23→ là vận tốc kéo theo của dòng nước so với bờ Công thức cộng vận tốc: v13→=v12→+v23→
a) Đội cứu hộ đi xuôi dòng nên v13=v12+v23=8+4=12 m/s Thời gian đội cứu hộ đến được chỗ bị nạn:
t=dv13=200012=5003s= 2 phút 46 giây
b) Khi quay trở lại vị trí ban đầu thì đội cứu hộ đi ngược dòng nước nên:
v'13=v12−v23=8−4=4 m/s
Thời gian để đội cứu hộ trở lại vị trí ban đầu:
t=dv'13=20004=500 s=8 phút 20 giây
