Vận tốc

Vận tốc là gì? Công thức tính vận tốc, Các loại vận tốc được sử dụng hiện nay…Trong cuộc sống hàng ngày chúng ta thường có vận tốc xe ô tô,  xe máy, xe đạp…Vậy thì cụ thể vận tốc là gì? Nó được tính toán như thế nào?

Cùng chúng tôi tìm hiểu về chủ đề rất được quan tâm và ứng dụng nhiều trong đời sống thường ngày cũng như trong khoa học kỹ thuật các bạn nhé

Tìm hiểu chung về vận tốc

Vận tốc là gì?

Vận tốc là một khái niệm trong vật lý và toán học, được định nghĩa là khoảng cách di chuyển của một vật trong một đơn vị thời gian. Nó được đo bằng đơn vị mét/giây (m/s) hoặc km/giờ (km/h) tùy thuộc vào đơn vị khoảng cách và thời gian được sử dụng. Trong đời sống hàng ngày, nó là đơn vị được sử dụng để đo lường tốc độ của các phương tiện giao thông như xe hơi, tàu hỏa, máy bay… Ngoài ra, nó còn được sử dụng trong các lĩnh vực khoa học kỹ thuật như điện tử, điện động lực học, cơ học, lượng tử học…

Công thức tính và đơn vị đo

Công thức tính

Hiện nay nó được tính bằng công thức
V = S / t

Trong đó:

V: Vận tốc

S: Quãng đường vật đó đi chuyển

t: Thời gian đi hết quãng đường

Như vậy có thể hiểu rằng để tính được vận tốc ta lấy quãng đường đi được chia cho thời gian đi hết quãng đường đó./

Lịch sử hình thành và phát triển của vận tốc

Khái niệm này đã được sử dụng từ thời cổ đại để mô tả sự di chuyển của các đối tượng, nhưng chỉ sau khi khoa học hiện đại phát triển, thì mới được định nghĩa rõ ràng và được đo lường bằng các đơn vị chuẩn quốc tế.

Trong khoa học cổ điển, nhà vật lý Galileo Galilei (1564-1642) là người đầu tiên nghiên cứu vận tốc và phát hiện ra luật rơi tự do, đưa ra ý tưởng về việc đo tốc độ bằng cách đo khoảng cách và thời gian.

Sau đó, trong thế kỷ 17, nhà toán học và vật lý người Pháp Blaise Pascal (1623-1662) đã phát triển công thức tính tốc độ và định nghĩa đơn vị đo tốc độ đầu tiên là “toise par heure” (tương đương với feet/giờ hiện nay).

Đến thế kỷ 19, với sự phát triển của các phương tiện giao thông như đường sắt và tàu hỏa, việc đo tốc độ trở nên cần thiết hơn bao giờ hết. Khoảng giữa năm 1800 và 1820, các đơn vị đo tốc độ mới được định nghĩa như kilômét/giờ và hải lý/giờ. Sau đó, trong thế kỷ 20, đơn vị đo này mới được phát triển như mét/giây và mach.

Hiện nay, vận tốc là một khái niệm quan trọng trong nhiều lĩnh vực, từ đo lường tốc độ của các phương tiện giao thông đến nghiên cứu khoa học và công nghệ.

Các đơn vị đo vận tốc hiện nay

Đơn vị đo vận tốc trong hệ đo lường SI (Hệ Đo lường Quốc tế)

Đây là đơn vị chuẩn nhất và phổ biến nhất để đo chung cho tất cả các nước trên thế giới

• Mét trên giây (m/s): khoảng cách di chuyển một mét trong một giây.
• Kilômét trên giờ (km/h): khoảng cách di chuyển một kilômét trong một giờ.

Đơn vị đo vận tốc trong hệ đo lường Anh

• Feet trên giây (ft/s): khoảng cách di chuyển một feet trong một giây.
• Dặm trên giờ (mph): khoảng cách di chuyển một dặm trong một giờ.

Đơn vị đo vận tốc khác

• Nút (knot): Hay còn gọi là Hải lý/ giờ, đơn vị đo vận tốc được sử dụng trong vận tải biển như đo tốc độ của tàu, thuyền hoặc máy bay, tương đương với một dặm trên giờ (mph) hay 1,852 kilômét trên giờ (km/h).
• Mach (M): đơn vị đo tốc độ của vật bay so với tốc độ âm thanh (340,29 m/s ở độ cao mực đất và 288,06 m/s ở độ cao 11 km). Nó được sử dụng trong ngành hàng không vũ trụ

Việc sử dụng đơn vị đo phụ thuộc vào ngành công nghiệp và vị trí địa lý. Trong các hoạt động hàng ngày, đơn vị đo thông thường được sử dụng là m/s(Mét/giây) và km/h(Kilomet/giờ)

Đặc điểm của vận tốc

• Đơn vị đo: Nó được đo bằng đơn vị đo tốc độ như km/h, m/s, mph, ft/s, vv…
• Hướng di chuyển: Cần chú ý đến hướng chuyển động của vật, bới nó có hướng di chuyển. Nó chỉ ra hướng và độ lớn của sự di chuyển của vật.
• Thời gian: Giá trị nhận được sẽ phụ thuộc vào thời gian mà vật di chuyển. Nếu vật di chuyển nhanh hơn trong một khoảng thời gian ngắn hơn, thì giá trị sẽ lớn hơn.
• Quãng đường: Giá trị lớn hay nhỏ phụ thuộc vào quãng đường mà vật đã di chuyển. Nếu vật di chuyển trên một quãng đường lớn hơn trong một khoảng thời gian nhất định, thì vận tốc sẽ lớn hơn.
• Biến thiên: Có thể thay đổi theo thời gian, phụ thuộc vào tốc độ di chuyển của vật. Nếu vật di chuyển nhanh hơn, giá trị sẽ tăng lên và ngược lại, nếu vật di chuyển chậm hơn, giá trị sẽ giảm đi.
• Các loại vận tốc: Hiện nay có ba loại chính là trung bình, tức thời và vận tốc góc. Mỗi loại có tính chất và ứng dụng khác nhau.

Các loại vận tốc hiện nay

Vận tốc trung bình

Vận tốc trung bình (average speed) là tổng quãng đường mà một vật di chuyển được chia cho thời gian mà nó mất để đi được quãng đường đó. Đây là đại lượng vật lý cho biết mức độ nhanh chậm của vật di chuyển trong một khoảng thời gian nhất định.

Công thức tính

Vtb = Δr / Δt

Trong đó:

Vtb: Ký hiệu của vận tốc trung bình

Δr: Quãng đường của vật di chuyển(Bằng tọa độ đầu – Tọa độ cuối)

Δt: Thời gian đi hết quãng đường(Thời gian đầu – Thời gian cuối)

Ví dụ 

Giả sử một chiếc xe hơi đi từ thành phố A đến thành phố B với quãng đường là 300 km, và thời gian di chuyển là 5 giờ. Ta có thể tính được vận tốc trung bình của chiếc xe như sau:

Nếu tính đơn vị là km thì chúng ta nhận được giá trị là:  300km /5 h = 60km/h

Nếu tính đơn vị là m/s thì chúng ta có thể tính như sau:

• Đổi đơn vị km sang m(mét): 300 km = 300,000 m
• Đổi đơn vị giờ sang s(giây): 5 giờ = 5 x 3600s = 18,000s
• Áp dụng công thức: v = 300,000 m / 18,000 s = 16.67 m/s

Vận tốc tức thời

Vận tốc tức thời (instantaneous speed), hay còn gọi là tốc độ tức thời, là vận tốc của một vật tại một thời điểm cụ thể. Đây là giá trị mà một vật đang di chuyển tại một thời điểm cụ thể và thường được đo bằng thiết bị đo tốc độ như đồng hồ đo tốc độ.

Công thức tính

Vtt = lim ∆r / ∆t 

Trong đó:

Vtt: Vận tốc tức thời

Δr: Quãng đường của vật di chuyển

Δt: Thời gian đi hết quãng đường

Ví dụ minh họa

Giả sử một chiếc xe đạp đang di chuyển với vận tốc 20 km/h, và tại một thời điểm nào đó, nó được đo lại tốc độ là 25 km/h. Để tính vận tốc tức thời của chiếc xe đạp tại thời điểm đó, ta có thể sử dụng công thức trên và cho giá trị ∆t tiến dần về 0.

• Đổi đơn vị km/h sang m/s: 20 km/h = 5.56 m/s, 25 km/h = 6.94 m/s
• Chọn ∆t là 0.1 giây (hay 1/10 giây), khi đó ∆r = v x ∆t
• Áp dụng công thức v = ∆r/∆t: v = (6.94 – 5.56) m/s / 0.1 s = 13.8 m/s

Vậy, giá trị tức thời của chiếc xe đạp tại thời điểm đó là 13.8 m/s (tức là khoảng 49.7 km/h).

Vận tốc chuyển động thẳng đều

Vận tốc chuyển động thẳng đều (uniform motion) là loại chuyển động mà vật di chuyển với tốc độ không đổi theo thời gian. Đây là một trường hợp đặc biệt của vận tốc trung bình mà chúng ta đã nêu ở trên, trong đó giá trị tốc độ trung bình của vật trong suốt quãng đường di chuyển là bằng giá trị tại bất kỳ thời điểm nào trong quãng đường đó. Ngoài ra nó mang một số đặc điểm như sau

• Giá trị không đổi trong suốt quá trình di chuyển.
• Đồ thị vị trí của vật theo thời gian là một đường thẳng.

Công thức tính

V = S / t

V: Vận tốc của vật

S: Quãng đường vật đó đi chuyển

t: Thời gian đi hết quãng đường

Vận tốc góc

Vận tốc góc (angular velocity) là đại lượng đo lường tốc độ của một vật xoay quanh một trục cố định. Nó được đo bằng độ (hoặc radian) mà vật quay được trong một đơn vị thời gian. Hiểu một cách đơn giản nó được định nghĩa là tỷ lệ giữa góc quay và thời gian.

Đặc điểm

• Có giá trị không đổi trong suốt quá trình quay
• được đo bằng độ (hoặc radian) mà vật quay được trong một đơn vị thời gian.
• Đồ thị góc quay của vật theo thời gian là một đường thẳng.

Ứng dụng của vận tốc

• Giao thông vận tải: Được sử dụng để đo lường tốc độ của phương tiện di chuyển như ô tô, tàu hỏa, máy bay, tàu thủy, vv… từ đó đưa ra các quyết định liên quan đến an toàn và hiệu quả vận hành của phương tiện.
• Thể thao: Nó được sử dụng để đo lường hiệu suất của các vận động viên trong các môn thể thao như chạy nước rút, đua xe, đua thuyền, vv… Từ đó giúp đánh giá và cải thiện kỹ năng của các vận động viên.
• Khoa học và công nghệ: Sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực khoa học và công nghệ, bao gồm vật lý, cơ học, điện tử, máy móc, vv… để nghiên cứu, thiết kế và chế tạo các sản phẩm kỹ thuật.
• Địa chất học: Vận tốc được sử dụng để đo lường tốc độ của các hiện tượng địa chất như sự di chuyển của các tảng đá, sự chuyển động của đất đai và sự truyền nhiệt trong đất đai.
• Ứng dụng hàng không vũ trụ: Tính toán chi tiết được vận tốc của máy bay, tên lửa, phi thuyền…để có thể đưa con người chúng ta tiếp cận, nghiên cứu, tìm hiểu hay khám phá thêm về không gian vũ trụ bao la
• Trong hóa học, vật lý học: Đóng vai trò tính toán giá trị vận tốc của các chất trong các phản ứng hóa học, vật lý học
• Kinh tế: Được sử dụng để đo lường hiệu quả và năng suất của các hoạt động kinh tế, bao gồm sản xuất, vận chuyển, vận hành, vv… Từ đó giúp quản lý và đưa ra các quyết định liên quan đến tăng cường hiệu quả và lợi nhuận của doanh nghiệp.

Trên đây là toàn bộ bài viết của chúng tôi về vận tốc và các khái niệm liên quan đến đại lượng này. Có thể nói đây là đơn vị được sử dụng và ứng dụng rộng rãi trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta

Chúng tôi đã trình bày hoàn chỉnh nội dung: khái niệm, công thức tính, đặc điểm và phân loại các loại vận tốc thường hay gặp nhất hiện nay

Ngoài ra, bài viết cũng trình bày một số ứng dụng quan trọng của vận tốc trong cuộc sống và trong các lĩnh vực khoa học kỹ thuật, giúp độc giả có cái nhìn tổng quan hơn về tính chất và ý nghĩa của vận tốc.

Hẹn gặp lại các bạn ở bài viết sau của van công nghiệp!